Un monopoutre de 10 tonnes absorbe 17,6 kW et 33 A. Placez le même pont sur un groupe diesel de 63 kVA et la distorsion de tension monte à 34 % contre une limite de 8. Ce n'est pas le pont qui est en cause. C'est la source, et aucun supplément de kVA ne corrigera cela.
Un pont roulant monopoutre de 10 tonnes absorbe 17,6 kW. Un moteur de palan et trois autres bien plus petits. Moins qu'un compresseur d'air de taille moyenne, moins qu'un poste de soudage. Expédiez ce pont dans une usine où la seule alimentation est un groupe électrogène diesel de 63 kVA et il y a de fortes chances que le palan déclenche à la première levée en charge, à environ la moitié de sa capacité nominale, avec un code défaut que l'électricien du site lira comme « pont défectueux ».
Ce n'est généralement pas le pont. Le pont est une charge non linéaire raccordée à une source dont l'impédance est dix à vingt fois supérieure à celle du transformateur pour lequel il a été conçu. Cette phrase explique la plupart des pannes pour lesquelles on m'appelle, et l'arithmétique derrière tient en quelques lignes, assez courtes pour cet article.
Deux choses rendent la situation pire qu'elle n'en a l'air. Les ponts monopoutres de 5 à 20 tonnes absorbent 19 à 49 ampères sous 400 V, ce qui place la plupart d'entre eux dans la fenêtre de 16 à 75 ampères où l'IEC 61000-3-12 fixe les limites d'émission harmonique. Et la solution que les acheteurs tentent en premier, un groupe plus gros, ne fonctionne pas. Je peux le démontrer à partir de données constructeur publiées plutôt que d'une opinion, et c'est ce que fait le milieu de cet article.
Les sources sont signalées tout au long du texte. Les normes et les données constructeur portent une référence. Les puissances des ponts proviennent d'un tableau de spécifications monopoutre publié. Tout ce que nous calculons est identifié comme une valeur de dimensionnement, car aucune enquête publique ne couvre un pont de 5 tonnes sur le groupe électrogène d'une usine nigériane.
Moins que ce que la plupart des acheteurs imaginent, et c'est précisément pourquoi les problèmes électriques surprennent. Les puissances publiées ci-dessous concernent des ponts roulants monopoutres standard sur une portée de 7,5 à 28,5 m, avec les trois mécanismes détaillés séparément.
| Capacité | Translation du pont | Translation du chariot | Palan | Puissance totale installée | Courant à pleine charge du pont à 400 V | Démarrage direct du palan |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 t | 2 x 0,8 kW | 0,2 kW | 1,5 kW | 3,3 kW | 6,2 A | 19 à 25 A |
| 2 t | 2 x 0,8 kW | 0,4 kW | 3,0 kW | 5,0 kW | 9,4 A | 37 à 49 A |
| 3 t | 2 x 0,8 kW | 0,4 kW | 4,5 kW | 6,5 kW | 12,3 A | 55 à 74 A |
| 5 t | 2 x 0,8 kW | 0,8 kW | 7,5 kW | 9,9 kW | 18,7 A | 92 à 123 A |
| 10 t | 2 x 1,5 kW | 2 x 0,8 kW | 13,0 kW | 17,6 kW | 33,2 A | 160 à 213 A |
| 16 t | 2 x 2,2 kW | 2 x 0,8 kW | 13,0 kW | 19,0 kW | 35,9 A | 160 à 213 A |
| 20 t | 2 x 2,2 kW | 4 x 0,8 kW | 18,5 kW | 26,1 kW | 49,3 A | 227 à 303 A |
Les puissances proviennent d'un tableau de spécifications monopoutre standard publié, portée de 7,5 à 28,5 m. Les courants sont notre propre calcul à 400 V avec un facteur de puissance de 0,85 et un rendement de 0,90, et la colonne de démarrage applique le facteur de 6 à 8 fois le courant à pleine charge que cite ABB pour le démarrage direct, une fois l'appel de courant initial de 10 à 12 fois retombé.
Lisez les deux dernières colonnes ensemble. Un pont de 5 tonnes est une charge de 18,7 ampères qui appelle 92 à 123 ampères pendant deux ou trois secondes chaque fois que l'opérateur lève. Un pont de 20 tonnes est une charge de 49 ampères qui appelle 227 à 303 ampères. Sur un transformateur de réseau, c'est une erreur d'arrondi. Sur un groupe de 63 kVA, c'est le plus gros transitoire que le groupe verra jamais, et il se produit dix mille fois par an.
Il fait chuter la tension, et la chute n'est pas négligeable. Les chiffres publiés pertinents : les moteurs sont conçus pour supporter une chute de tension instantanée de 30 à 35 % avant que le contacteur ne retombe, et les bureaux d'études imposent généralement une limite plus stricte de 20 % pour garantir que le moteur accélère réellement (Kohler, Sizing Generators for Motor Starting). Les guides de chantier situent le chiffre propre aux ponts à 15 à 20 %, car les contacteurs de commande de pont sont moins tolérants qu'un simple démarreur moteur. Au-delà, le contacteur s'ouvre en pleine levée.
Cette dernière phrase est celle qui coûte de l'argent. Un contacteur qui retombe en charge n'arrête pas seulement la levée. Il lâche la charge, et le frein doit la rattraper.
La taille de groupe qui maintient la chute sous 20 % dépend de la façon dont le palan démarre. Le démarrage direct exige le plus, l'étoile-triangle moins, un démarreur progressif encore moins, et un variateur le minimum, mais un variateur apporte son propre problème, qui fait l'objet de la section suivante.
| Capacité | Moteur de palan | Groupe pour démarrage direct | Groupe pour étoile-triangle | Variateur, avec marge harmonique |
|---|---|---|---|---|
| 1 t | 1,5 kW | 5 à 6 kVA | 4 à 5 kVA | 3 à 4 kVA |
| 5 t | 7,5 kW | 23 à 26 kVA | 15 à 19 kVA | 12 à 14 kVA |
| 10 t | 13,0 kW | 39 à 46 kVA | 26 à 33 kVA | 20 à 24 kVA |
| 16 t | 13,0 kW | 39 à 46 kVA | 26 à 33 kVA | 20 à 24 kVA |
| 20 t | 18,5 kW | 56 à 65 kVA | 37 à 46 kVA | 28 à 34 kVA |
Ce sont nos estimations de dimensionnement, dérivées des 3 à 3,5 fois la puissance moteur en kW pour le démarrage direct, 2 à 2,5 fois pour l'étoile-triangle, et 1,5 à 1,8 fois pour un variateur, y compris une marge de 10 à 20 % pour l'échauffement harmonique de l'alternateur. Elles supposent que le pont est la seule charge. Ajoutez le reste de l'usine et le groupe grossit encore.
Notez ce qui n'entre pas dans la base de dimensionnement : la puissance totale installée du pont. Dimensionner sur les 26,1 kW totaux d'un pont de 20 tonnes surdimensionne le groupe d'environ un tiers, parce que les moteurs de translation du pont et le chariot ne tournent jamais au même instant qu'un démarrage de palan en charge, et même s'ils le faisaient, ils font 0,8 kW chacun. Le plus gros démarrage moteur fixe la taille. Tout le reste est du bruit.
C'est ici que le variateur devient un handicap au lieu d'une solution. Un redresseur à six pulses absorbe le courant par impulsions courtes au sommet de l'onde, et ce courant pulsé traverse l'impédance de source et creuse la tension. Sur un transformateur dont le rapport de court-circuit est d'environ 100, le creux est invisible. Sur un groupe électrogène, il ne l'est pas.
Cummins publie la comparaison, et c'est la paire de chiffres la plus claire que j'aie trouvée sur le sujet. Le même variateur six pulses, avec 29 % de THD de courant, produit 34 % de THD de tension sur un groupe dont la réactance subtransitoire est de 12 %, soit un rapport de court-circuit de 8. Derrière un transformateur de rapport de court-circuit 100, il produit 2,8 %. Même variateur, même charge, douze fois plus de distorsion, à cause de la source.
Retournez ce rapport et la conclusion est désagréable. La distorsion de tension évolue comme l'inverse du rapport de court-circuit, donc atteindre la limite IEEE 519 de 8 % de THD de tension par la seule impédance de source exigerait un rapport de court-circuit d'environ 34, soit une réactance subtransitoire proche de 3 %. Les alternateurs standard se situent entre 8 et 14 %. On ne peut pas s'en sortir en achetant plus de kVA. Il faudrait quatre fois le groupe et on serait encore à la limite.
| Source | Rapport de court-circuit | THD de tension avec un variateur à 29 % de THD | Par rapport à la limite de 8 % |
|---|---|---|---|
| Transformateur de réseau, source forte | 100 | 2,8 % | conforme avec marge |
| Groupe électrogène, alternateur standard | 8 (X"d 12 %) | 34 %, valeur publiée | dépasse la limite d'un facteur quatre |
| Groupe électrogène, option faible réactance | 12,5 (X"d 8 %) | environ 22 %, interpolé | toujours non conforme |
| Groupe électrogène qui serait conforme | 34 (environ X"d 3 %) | 8 % | non disponible dans le commerce |
Les deux premières lignes sont les chiffres publiés par Cummins. Les deux dernières sont notre interpolation sur la relation inverse du rapport de court-circuit qu'ils décrivent, d'où la mention « interpolé » plutôt que « mesuré ».
En pratique, 34 % de THD de tension sur un groupe ne ressemble pas à un chiffre sur un appareil de mesure. Cela ressemble à un variateur qui déclenche en surtension du bus continu, un automate qui redémarre, des contacteurs qui claquent, et un électricien de site qui remplace des composants parfaitement bons pendant une semaine.
Trois documents différents, et les acheteurs sont généralement informés du mauvais.
IEEE 519-2022 fixe les limites de distorsion de tension et de courant au point de raccordement commun. C'est une norme au niveau du système, appliquée à l'installation entière, pas à un variateur isolé. Cette distinction compte, car un pont de 10 tonnes pris seul peut rester confortablement sous la limite de TDD alors que l'usine entière la dépasse.
| Tension du jeu de barres au point de raccordement commun | Harmonique individuel | Distorsion harmonique totale |
|---|---|---|
| 1,0 kV ou moins | 5,0 % | 8,0 % |
| 1 kV à 69 kV | 3,0 % | 5,0 % |
| 69 kV à 161 kV | 1,5 % | 2,5 % |
| Au-dessus de 161 kV | 1,0 % | 1,5 % |
Source : IEEE 519-2022 tableau 1, tel que reproduit par PQ Blog. Les limites de tension sont absolues, elles ne s'adaptent pas à la taille du client.
La distorsion de courant est la limite souple. Elle s'exprime en distorsion de demande totale, un pourcentage du courant de demande maximale et non du courant instantané, et la limite se resserre à mesure que la source faiblit.
| Rapport de court-circuit | Harmoniques 2 à 11 | 11 à 17 | 17 à 23 | 23 à 35 | Au-delà du 35 | Limite de TDD |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Moins de 20 | 4,0 | 2,0 | 1,5 | 0,6 | 0,3 | 5,0 |
| 20 à 50 | 7,0 | 3,5 | 2,5 | 1,0 | 0,5 | 8,0 |
| 50 à 100 | 10,0 | 4,5 | 4,0 | 1,5 | 0,7 | 12,0 |
| 100 à 1000 | 12,0 | 5,5 | 5,0 | 2,0 | 1,0 | 15,0 |
| Au-dessus de 1000 | 15,0 | 7,0 | 6,0 | 2,5 | 1,4 | 20,0 |
Source : IEEE 519-2022 tableau 2, systèmes de 120 V à 69 kV. Les harmoniques pairs d'ordre inférieur au sixième sont limités à la moitié de ces valeurs.
Voici la partie utile. Un variateur six pulses sans réactance a 101,5 % de THD de courant. À pleine charge, cela équivaut à la TDD, et face à une limite de 5 % pour une source faible, il échoue d'un facteur vingt. Avec une réactance de ligne de 5 %, c'est 33,9 %, encore au-dessus. Avec un filtre harmonique de ligne, c'est 4,9 %, ce qui passe. Les valeurs proviennent du tableau publié par Siemens pour les étages d'entrée de variateurs, et elles donnent la réponse en une ligne : la réactance n'est pas optionnelle sur un groupe électrogène.
IEC 61000-3-12 est l'autre document, et c'est celui qui s'applique plus bas dans la chaîne. Il limite le courant harmonique injecté dans les réseaux publics basse tension par les équipements absorbant plus de 16 et jusqu'à 75 ampères par phase. Ce qui signifie que la taille du pont décide si elle s'applique ou non.
| Capacité | Courant du pont à 400 V | Norme d'émission IEC applicable |
|---|---|---|
| 1 à 3 t | 6 à 12 A | Moins de 16 A, l'IEC 61000-3-2 s'applique à l'équipement |
| 5 t | 18,7 A | Dans le champ de l'IEC 61000-3-12, 16 à 75 A |
| 10 t | 33,2 A | Dans le champ de l'IEC 61000-3-12, 16 à 75 A |
| 20 t | 49,3 A | Dans le champ de l'IEC 61000-3-12, 16 à 75 A |
Un monopoutre de 20 tonnes se situe donc exactement dans la bande de 16 à 75 ampères. Ce n'est pas une coïncidence, c'est là que vit la majorité de ce marché, et c'est pourquoi la déclaration CEM d'un fabricant de variateurs mérite d'être lue avant de signer plutôt qu'après l'arrivée du pont. L'IEC 61000-3-12 fixe des limites par rang dans un tableau, et le fait qu'un variateur donné passe dépend de la ligne du tableau et de la réactance installée par le fournisseur. Demandez la déclaration. Elle existe, et les fournisseurs qui l'ont l'envoient en une heure.
Le troisième document est le cahier des charges de votre client, et c'est lui qui gouverne réellement. Un appel d'offres public typique pour un pont se lit ainsi : 380 V triphasé 50 Hz, variation d'alimentation de plus ou moins 6 % sur la tension et de plus ou moins 2 % sur la fréquence (spécification standard EM-01-01 du Hong Kong Works and Services Department, qui est un bon exemple). Plus stricte que l'une ou l'autre norme, et elle indique au fournisseur exactement ce que le pont doit supporter.
Parce qu'un variateur n'est pas un moteur du point de vue d'un dispositif différentiel résiduel, et parce que quelqu'un a installé le mauvais type.
Le guide d'application de Doepke est sans détour. Les équipements multiphasés avec convertisseurs de fréquence, et il cite explicitement les ponts roulants, ne peuvent fonctionner que sur des dispositifs différentiels résiduels de Type B ou B+, car un défaut peut produire un courant résiduel continu lissé qu'un dispositif de Type A ne voit pas. Les alternatives sont un transformateur d'isolement ou une connexion fixe. Un Type AC ou Type A sur un variateur de pont est un dispositif qui soit déclenchera intempestivement, soit ne protégera pas, et parfois les deux à des jours différents.
La seconde moitié du problème est le courant de fuite, qui augmente avec la longueur du câble moteur. Les filtres CEM intégrés à un variateur ne sont généralement déclarés valables que pour 5 à 10 mètres de câble moteur blindé. Des longueurs de 50 à 100 mètres sont aussi citées, mais elles concernent la charge capacitive que l'étage de sortie peut piloter, pas la conformité CEM. Au-delà d'une dizaine de mètres, le courant de fuite augmente sensiblement et il faut demander au fabricant quelle sensibilité de différentiel tiendra.
Pensez maintenant à un pont de 20 tonnes sur une portée de 25 mètres avec un système à feston. Le palan est au milieu du tablier, l'armoire à une extrémité, et les moteurs de translation aux deux extrémités. Des longueurs de câble de 20 à 30 mètres sont normales, avant même de considérer le feston. Ce n'est pas un défaut du pont. C'est une conséquence physique de la géométrie, et c'est pourquoi le cahier des charges doit préciser filtre dv/dt, câble blindé et dispositif Type B plutôt que de laisser cela au site.
Un dernier point, de la même source, qui piège ceux qui ont tout fait correctement par ailleurs. Si la fréquence de découpage du variateur coïncide avec la fréquence de résonance d'un filtre CEM en amont, ou avec un multiple de celle-ci, le filtre peut osciller et le courant de fuite monte bien au-dessus de la normale, faisant déclencher le dispositif. Changer la fréquence de découpage corrige le problème. Personne ne trouve cela en lisant un manuel à 2 h du matin.
Oui, et plus que la plupart des gens ne l'imaginent, parce que le facteur de puissance qu'un variateur affiche n'est pas celui que le compteur enregistre.
Le facteur de puissance de déplacement est le cosinus de l'angle entre la tension fondamentale et le courant fondamental. L'étage d'entrée d'un variateur donne environ 0,96 à 0,98, ce que la fiche technique entend par « facteur de puissance élevé ». Le facteur de puissance vrai inclut la distorsion, et la relation est simple : le facteur de puissance vrai égale le facteur de puissance de déplacement divisé par la racine carrée de un plus le THD de courant au carré.
Appliquez cela aux valeurs de distorsion de courant de Siemens et le tableau change complètement.
| Étage d'entrée du variateur | THD de courant à pleine charge | Facteur de puissance de déplacement | Facteur de puissance vrai au compteur |
|---|---|---|---|
| 6 pulses, sans réactance | 101,5 % | 0,98 | 0,69 |
| 6 pulses, réactance 2 à 3 % | 43,6 % | 0,98 | 0,90 |
| 6 pulses, réactance 5 % | 33,9 % | 0,98 | 0,93 |
| 6 pulses avec filtre harmonique de ligne | 4,9 % | 0,98 | 0,98 |
| 12 pulses | 8,8 % | 0,98 | 0,98 |
| Étage d'entrée actif | 1,3 % | 0,99 | 0,99 |
Les valeurs de THD sont les chiffres publiés par Siemens pour chaque étage d'entrée. La colonne facteur de puissance est notre calcul sur la relation standard, arrondi.
Un variateur sans réactance a un facteur de puissance vrai de 0,69 alors que sa fiche technique annonce 0,98. Les deux affirmations sont vraies. Cet écart fait la différence entre un distributeur qui vous facture la puissance réactive et un qui ne le fait pas.
La façon dont cela se traduit sur une facture dépend du tarif, et les structures ne sont pas subtiles. Le tarif industriel de South Central Indiana REMC, en vigueur en février 2024, ajuste la demande facturée à la hausse chaque fois que le facteur de puissance mesuré à la demande maximale tombe sous 97 %, en multipliant la demande enregistrée par 97 divisé par le facteur de puissance mesuré. Il ajoute ensuite une prime d'énergie réactive excessive de 0,01009 dollar par kVARh dès que la moyenne mensuelle passe sous 95 %.
Mettons des chiffres là-dessus. Une usine avec 80 kW de demande réelle payant 12 dollars par kW de demande facturée :
| Facteur de puissance de l'usine | Demande facturée | Prime de demande mensuelle | Surcoût annuel par rapport à 0,97 |
|---|---|---|---|
| 0,97 | 80,0 kW | 960 dollars | aucun |
| 0,90 | 86,2 kW | 1 034 dollars | environ 890 dollars |
| 0,69 | 112,5 kW | 1 350 dollars | environ 4 680 dollars |
Notre calcul sur la formule tarifaire publiée, appliqué à une usine hypothétique. Ce n'est pas une offre et ce n'est pas votre tarif. Mais l'ordre de grandeur est juste, et il explique pourquoi une réactance de 300 dollars sur un variateur de 15 kW est la décision électrique la moins chère du pont.
C'est ici qu'un pont parfait en usine devient une réclamation de garantie dans un autre pays, et le mécanisme est un simple rapport : les volts par hertz.
Le flux magnétique d'un moteur asynchrone, et donc son couple, est fixé par la tension d'alimentation divisée par la fréquence. Maintenez le rapport et le moteur se comporte bien. Changez-le et vous changez la machine.
| Plaque moteur | Alimentation réelle | Volts par hertz | Couple disponible | Vitesse | Verdict |
|---|---|---|---|---|---|
| 400 V, 50 Hz | 400 V, 50 Hz | 8,00 | 100 % | 100 % | nominal |
| 400 V, 50 Hz | 480 V, 60 Hz | 8,00 | 100 % | 120 % | correct, 20 % de puissance en plus disponible |
| 400 V, 50 Hz | 400 V, 60 Hz | 6,67 | 69 % | 120 % | ne lèvera pas la charge nominale |
| 400 V, 50 Hz | 380 V, 50 Hz | 7,60 | 90 % | 100 % | limite à charge nominale, surveiller le palan |
| 460 V, 60 Hz | 400 V, 50 Hz | 8,00 | 100 % | 83 % | sature, chauffe, 17 % plus lent |
Le couple évolue comme le carré du rapport, et c'est pourquoi la troisième ligne est la dangereuse. Réduisez le rapport de 17 % et vous conservez 69 % du couple, mais le moteur tourne aussi 20 % plus vite, donc la même vitesse de levage exige plus de puissance que le moteur ne peut produire. La panne n'est pas spectaculaire. Le palan ne lève simplement pas la charge nominale, et il chauffe en le faisant.
La consolation est que la plupart de ces ponts sont livrés avec un variateur, et qu'un variateur fait disparaître le problème 50/60 Hz, à condition qu'il soit programmé pour le moteur et non pour l'alimentation. Réglez la fréquence de base et la tension de base du variateur sur la plaque moteur, et il délivre le bon rapport volts par hertz quelle que soit la ligne. Le piège est que la tension de sortie du variateur ne peut pas dépasser sa tension d'entrée, donc un moteur 50 Hz qui a besoin de 400 V à sa vitesse de base ne peut pas être servi depuis une alimentation de 380 V sans perdre 10 % de sa courbe de couple.
Et la question des tolérances est encore distincte. L'IEC 60034-1 divise les conditions d'alimentation en deux zones. La zone A est plus ou moins 5 % de tension avec plus ou moins 2 % de fréquence, où le moteur délivre le couple nominal avec une élévation de température modérée. La zone B est plus ou moins 10 % de tension avec plus 3 moins 5 % de fréquence, où le couple nominal est encore disponible mais l'élévation de température est plus élevée et le fonctionnement doit être bref. La NEMA MG 1 est plus permissive sur le papier, à plus ou moins 10 % de tension et plus ou moins 5 % de fréquence, avec une variation combinée limitée à 10 %. Un pont qui passe huit heures par jour en zone B est un pont dont la durée de vie de l'isolation est raccourcie, quoi que la norme permette.
Résistance de freinage, sur un monopoutre. Je vais montrer le calcul, puis le cas où la réponse s'inverse.
La descente d'une charge transforme le moteur en génératrice. L'énergie doit aller quelque part. Un hacheur de freinage la dissipe dans une résistance sous forme de chaleur. Un étage d'entrée régénératif la renvoie à l'alimentation. Le guide d'ingénierie d'ABB traite les deux options pour un palan de pont de 90 kW : hacheur et résistance dans l'armoire à 7 500 euros, contre un étage d'entrée IGBT coûtant 2 000 euros de plus et récupérant 4 000 euros d'énergie. Sur cette machine, la régénération gagne, et ABB la recommande pour les ponts.
Cette machine est un palan de 90 kW à 20 % de service annuel avec des périodes de freinage de trois minutes. Un palan de monopoutre fait 1,5 à 18,5 kW, et l'énergie par levée est plus petite en pratique selon le carré du rapport de masse, car la masse et la hauteur diminuent toutes deux.
| Capacité et levée | Énergie par descente en charge à 60 % de charge | Récupérée à 65 % | Récupération annuelle, service A5 | Valeur à 0,12 par kWh | Retour sur une surprime de 1 500 à 3 000 dollars |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 t, 6 m | 0,049 kWh | 0,032 kWh | 384 kWh | 46 dollars | 33 à 65 ans |
| 10 t, 6 m | 0,098 kWh | 0,064 kWh | 766 kWh | 92 dollars | 20 à 38 ans |
| 20 t, 9 m | 0,294 kWh | 0,191 kWh | 2 292 kWh | 275 dollars | 9 à 16 ans |
Notre calcul. Il suppose 2 000 heures de fonctionnement, 12 levées par heure, dont la moitié en descente de charge, un rendement de régénération en boucle fermée de 65 %, et une surprime de 1 500 à 3 000 dollars pour un étage d'entrée régénératif par rapport à un hacheur et une résistance à ces puissances.
Neuf à seize ans sur un pont de 20 tonnes n'est pas un dossier économique, c'est une erreur d'arrondi sur un actif de vingt ans qui pourrait être remplacé avant. Spécifiez donc le hacheur et dépensez la différence dans la réactance de ligne, qui rapporte quelque chose à chaque heure de chaque poste plutôt que seulement quand la charge descend.
L'exception mérite d'être citée, car c'est là que va le marché de l'export. Si l'acheteur paie déjà une prime de demande sur une alimentation faible, ou si le site fonctionne sur un groupe électrogène où chaque kilowattheure régénéré est du diesel non brûlé, la valeur par kWh est deux à trois fois le tarif du réseau, et le cas des 20 tonnes passe dans la fourchette de cinq à huit ans. Demandez ce que coûte réellement l'électricité avant de l'écarter. Sur un site avec groupe, la réponse n'est généralement pas 0,12.
Le moins cher d'abord, et le bas de l'échelle fait l'essentiel du travail. Les coûts ci-dessous sont des fourchettes indicatives pour un variateur de palan de 13 à 18,5 kW, ce qui couvre un monopoutre de 10 à 20 tonnes. Ce sont nos estimations issues de devis de projets, pas une liste de prix.
| Mesure | THD de courant après | Facteur de puissance vrai après | Coût indicatif | Quand c'est la bonne réponse |
|---|---|---|---|---|
| Réactance de ligne 5 % ou self de bus continu | 33,9 % | 0,93 | 200 à 600 dollars | la solution par défaut de tout pont exporté |
| Réactance de ligne 3 % | 43,6 % | 0,90 | 150 à 450 dollars | alimentation réseau ferme avec une courte distance jusqu'à l'armoire |
| Filtre harmonique de ligne passif | 4,9 % | 0,98 | 1 200 à 3 500 dollars | alimentation par groupe électrogène, ou valeur de THD contractuelle |
| Variateur à étage d'entrée actif | 1,3 % | 0,99 | surprime de 1 800 à 4 500 dollars | la régénération est souhaitée de toute façon, ou la limite est stricte |
| 12 pulses avec transformateur déphaseur | 8,8 % | 0,98 | 6 000 à 15 000 dollars | au-delà d'environ 75 kW par variateur, où les réactances ne suffisent plus |
| Filtre actif au point de raccordement commun | moins de 5 % au jeu de barres | proche de 1,0 | 4 000 à 12 000 dollars | rénovation, ou plusieurs variateurs déjà installés |
| Surdimensionnement du groupe électrogène | inchangé | inchangé | 15 000 à 40 000 dollars de plus | jamais, pour les harmoniques. Cela réduit la distorsion de tension, cela ne la supprime pas |
Deux choses à dire sur ce tableau. La première est que la dernière ligne est celle que la plupart des acheteurs choisissent, parce qu'elle ressemble à de l'ingénierie plutôt qu'à des accessoires, et c'est le plus mauvais rapport qualité-prix de la liste. La seconde est que la première ligne n'est pas vraiment une mesure harmonique. Une réactance de ligne protège le variateur contre les transitoires du réseau et la commutation de condensateurs, ce qui explique pourquoi la note d'application de Pacific Gas and Electric recommande une réactance de 3 % comme pratique standard contre les déclenchements intempestifs en surtension. La réduction des harmoniques vient en bonus.
Si le pont doit être installé sur un groupe électrogène, sautez l'échelle et allez directement à la troisième ligne. Un filtre passif coûte à peu près la différence entre un groupe de 46 kVA et un groupe de 65 kVA, et il corrige le problème que le groupe ne peut pas corriger.
Dix lignes. Chacune nous a coûté, ou a coûté à un client, une semaine à un moment ou à un autre.
1. Tension d'alimentation, fréquence et tolérance mesurée. Pas la valeur nominale. Un site qui mesure 355 V au tableau du pont est un autre pont qu'un site qui mesure 400 V.
2. Source d'alimentation, et son rapport de court-circuit. Transformateur de réseau avec les kVA et l'impédance, ou groupe électrogène avec les kVA et la réactance subtransitoire. Sans la réactance, la question harmonique ne peut pas être traitée.
3. Méthode de démarrage du palan, formulée comme une exigence. Démarrage direct, étoile-triangle, démarreur progressif ou variateur. Ne laissez pas cela à la configuration standard du fournisseur.
4. Spécification de l'étage d'entrée du variateur, avec le THD de courant à pleine charge. Un chiffre, pas le mot « filtré ». Demandez la déclaration CEM au titre de l'IEC 61000-3-12 si le courant du pont dépasse 16 A.
5. Si une réactance de ligne ou une self de bus continu est incluse, et son pourcentage. Si ce n'est pas sur le plan, ce n'est pas dans l'armoire.
6. Plaque moteur adaptée à l'alimentation réelle. Volts par hertz, pas seulement la tension. Cette ligne évite le piège des 60 Hz du tableau ci-dessus.
7. Classe de service et démarrages par heure, par mécanisme. Un palan dimensionné pour 180 démarrages par heure à 30 % de service est un autre moteur qu'un palan dimensionné pour 300 à 50 %, et la différence de prix est réelle.
8. Dispositif de freinage. Hacheur et résistance, ou régénératif. Plus la classe de service de la résistance si le site comporte de longues descentes.
9. Mise à la terre et protection différentielle. Dispositif Type B ou B+, câble moteur blindé, longueur maximale de câble, et nécessité ou non d'un filtre dv/dt. Précisez qui fournit quoi.
10. Qui met le variateur en service, et par rapport à quoi. Jeu de paramètres réglé en usine avec la plaque moteur, ou sur site avec l'alimentation réelle. C'est l'écart le plus fréquent entre un pont qui fonctionne et un pont accompagné d'un rapport de mise en service que personne ne peut reproduire.
Oui, et beaucoup le font. Dimensionnez le groupe sur le plus gros démarrage moteur plutôt que sur la charge raccordée, maintenez la chute de tension sous 20 % et installez une réactance de ligne sur le variateur du palan. Un pont de 10 tonnes a besoin de 39 à 46 kVA derrière un palan en démarrage direct, ou de 20 à 24 kVA derrière un variateur. Ce que vous ne pouvez pas faire, c'est raccorder un variateur six pulses nu sur un groupe de 63 kVA et espérer que la forme d'onde de tension reste dans les limites de l'IEEE 519. Consultez la gamme de ponts roulants monopoutres pour la configuration électrique standard.
Parce que le moteur de palan appelle six à huit fois son courant à pleine charge pendant deux ou trois secondes à chaque levée, et que le groupe doit maintenir la tension pendant ce temps. Le groupe n'est pas dimensionné pour les 17,6 kW de charge en régime établi, il est dimensionné pour le transitoire. Un variateur supprime la majeure partie du transitoire, ce qui explique pourquoi la colonne avec variateur de notre tableau est inférieure à la moitié du chiffre en démarrage direct. Cette économie paie généralement le variateur.
Rarement, et souvent cela ne fonctionne pas du tout. Réduire la distorsion de tension par la seule impédance de source exige un rapport de court-circuit proche de 34, soit une réactance subtransitoire d'environ 3 %. Les alternateurs standard sont à 8 ou 14 %, vous achèteriez donc quatre fois le groupe pour rester à la limite. Une réactance de ligne de 5 % fait passer le THD de courant de 101,5 à 33,9 % pour quelques centaines de dollars et fait le travail quelle que soit la taille du groupe.
S'il comporte un convertisseur de fréquence, oui. Le guide de Doepke est explicite : les équipements multiphasés avec convertisseurs de fréquence, et il cite les ponts roulants, ne peuvent fonctionner que sur des dispositifs Type B ou B+, car un défaut peut produire un courant résiduel continu lissé qu'un dispositif Type A ne détectera pas. Un transformateur d'isolement ou une connexion fixe est une alternative acceptable. Un dispositif Type AC sur un variateur de pont est un déclenchement intempestif qui n'attend que d'arriver.
Le moteur oui, le palan peut-être pas. Maintenez le rapport volts par hertz et le moteur délivre le même couple à une vitesse supérieure de 20 %. Faites tourner un moteur 400 V 50 Hz à 400 V 60 Hz et le rapport tombe de 8,00 à 6,67, ce qui coûte 31 % du couple, et le palan ne lèvera pas la charge nominale. Spécifiez le moteur pour l'alimentation, ou installez un variateur et réglez sa tension de base et sa fréquence de base sur la plaque moteur.
Sur un monopoutre, non. L'énergie récupérée sur un pont de 5 tonnes en service A5 est d'environ 384 kWh par an, soit 46 dollars, contre une surprime de 1 500 à 3 000 dollars. Sur un pont de 20 tonnes en service lourd, le retour est de neuf à seize ans sur l'alimentation réseau, ce qui n'est pas un dossier. Cela s'inverse sur les sites avec groupe électrogène, où le kilowattheure marginal est du diesel, et sur les ponts de process au-delà de 50 tonnes où l'exemple chiffré d'ABB montre que la régénération s'amortit. Dépensez l'argent dans la réactance d'abord.
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