Mesures en cas de récupération d'énergie et d'états d'erreur suite à une surtension

Sujet :

• Quelle peut être la cause des messages sporadiques de "surtension" ?
• Quelle peut être la cause d'un état d'erreur lors du réglage des paramètres de tuning ?
• Quelle peut être la cause d'un état d'erreur ou d'un mauvais contrôle, en particulier pendant la décélération ?
• Quelles sont les mesures à prendre dans le cas d'un moteur fonctionnant en partie comme un générateur ?

Situation :

Un moteur ne se contente pas de consommer de l'énergie. Il peut également générer de l'énergie lorsqu'une charge doit être décélérée. L'énergie est transférée du moteur (qui fonctionne comme un générateur pendant la décélération) à l'étage de puissance du contrôleur de moteur. Le contrôleur de moteur renvoie cette énergie principalement vers l'alimentation électrique (ou la batterie).

Une quantité limitée d'énergie inversée peut être absorbée par les condensateurs internes du contrôleur de moteur et de l'alimentation. Si la phase est longue ou s'il y a beaucoup de récupération d'énergie, le stockage peut ne plus être possible et les tensions d'alimentation augmentent en conséquence. Il est possible que l'alimentation s'éteigne (pendant 100 millisecondes) à plusieurs reprises pour se protéger ou que le contrôleur de moteur signale un état d'erreur "Surtension" et désactive l'étage de puissance, c'est-à-dire qu'il n'y aura plus de décélération contrôlée possible.

Applications ou systèmes typiques où la récupération d'énergie est un sujet d'actualité :

• Applications de grues ou d'ascenseurs en cas de déplacement de la charge vers le bas.
• Centrifugeuse (en raison de la forte inertie).
• Entraînements directs avec une forte inertie (= grand diamètre) d'une charge rotative
  par exemple, charge en forme de disque ou cylindrique.
• Systèmes mécaniques à faible frottement et/ou force externe dans une direction
  par exemple, axe vertical, entraînements à ressort, charges hydrauliques ou comprimées, ...
• Systèmes dotés d'une alimentation compacte ou murale, par exemple les blocs d'alimentation qui sont généralement utilisées pour des applications domestiques ou de bureau.

Signes typiques d'une récupération d'énergie trop élevée :

• États d'erreur lors de l'ajustement des paramètres du tuning.
• Coupures de courte durée de la tension d'alimentation de l'alimentation électrique
  (de l'ordre d'une centaine de millisecondes) qui ne peuvent être détectées qu'à l'aide d'un oscilloscope.
• Messages d'erreur "surtension" du contrôleur de moteur
  en particulier pendant la phase de décélération ou lors d'un mouvement vertical vers le bas.
• Contrôle instable ou messages d'erreur / problèmes
  pendant la décélération ou un mouvement vertical vers le bas.

Exemple :
Augmentation de la tension de 24V à 34V (courbe rouge) pendant une phase de décélération (courbe jaune et bleue) :

Solution :

Il existe différentes mesures simples ou combinées qui peuvent aider à faire face à une grande quantité de récupération d'énergie, par exemple en stockant l'énergie ou en la consommant par d'autres composants.

1.) Sélection de l'alimentation électrique

N'utilisez pas de blocs d'alimentation extrêmement compacts ou à prise murale conçus pour des applications domestiques ou de bureau (par exemple, les blocs d'alimentation des ordinateurs portables). Ces alimentations ne sont pas adaptées à la récupération d'énergie qui se produit pour tous les types de systèmes d'entraînement (c'est-à-dire même pour les moteurs de faible puissance) pendant la phase de décélération.

Un choix approprié d'une alimentation industrielle avec des condensateurs tampons suffisamment dimensionnés peut déjà résoudre les problèmes et les messages d'erreur causés par l'énergie inversée.

2.) Condensateurs supplémentaires

Un condensateur externe placé entre les lignes d'alimentation Plus / Moins à proximité du contrôleur peut aider à tamponner une quantité limitée d'énergie inversée.

Des condensateurs de 47000 µF sont généralement utilisés à cet effet. Il est important que la tension nominale du condensateur corresponde au niveau de tension d'alimentation maximum plus une certaine réserve (d'au moins 20-50%), par exemple utiliser au moins un condensateur de 47000 µF / 70V dans le cas d'une alimentation de 48V.

3.) Mélange de consommateurs et de "générateurs" d'électricité

Dans le meilleur des cas, une alimentation commune est utilisée pour plusieurs dispositifs, par exemple des moteurs fonctionnant en phase de décélération tandis que d'autres dispositifs (ou moteurs) consomment l'énergie inversée.

Il n'est pas nécessaire d'utiliser des alimentations différentes exclusivement pour des entraînements individuels. C'est même un inconvénient. Un mélange de moteurs dans différents états de mouvement (c'est-à-dire que tous ne décélèrent pas en même temps) alimentés par une alimentation commune offre un bon équilibre entre les "générateurs" (énergie d'inversion) et les "consommateurs". Enfin, il en résulte une bonne efficacité énergétique et il n'est peut-être pas nécessaire d'adopter des mesures supplémentaires de récupération d'énergie, ce qui entraînerait des coûts supplémentaires.

4.) Configuration des profils de décélération

a) Rampe de décélération
Si la pente des rampes de décélération peut être réduite sans inconvénient pour les exigences de l'application, cela peut réduire l'augmentation de la tension d'alimentation et résoudre les problèmes de "surtension" sans aucune mesure supplémentaire dans le meilleur des cas.

b) Entraînements de décélération multiples
Si plusieurs entraînements sont utilisés dans un système et que tous commencent la décélération exactement au même moment, il en résulte un pic initial élevé d'énergie renvoyée. S'il est possible de démarrer la phase de décélération de chaque moteur avec un léger décalage dans le temps, la quantité totale d'énergie est en moyenne plus constante sur une période plus longue et le pic d'énergie élevé accumulé au démarrage est réduit.

5.) Tension d'alimentation

Si un message de "surtension" est présent en raison de la récupération d'énergie, il est recommandé de viser une différence d'au moins 10 volts entre la tension d'alimentation et la tension maximale spécifiée du contrôleur de moteur.

Si possible, la tension d'alimentation doit être réduite en l'ajustant plus étroitement à la vitesse maximale requise en fonction des exigences de l'application. Il existe une règle générale pour estimer la tension d'alimentation minimale :
Tension d'alimentation = (vitesse maximale requise / constante de vitesse du moteur) x 1,2

Une autre possibilité consiste à choisir un contrôleur de moteur offrant une tension d'alimentation maximale plus élevée (par exemple 70V au lieu de 50V) et à augmenter la marge entre la tension d'alimentation (par exemple 50V) et l'état d'erreur "Surtension".

6.) Hacheur de freinage / Régulateur shunt

Si certaines ou même toutes les mesures mentionnées ne peuvent toujours pas résoudre complètement le problème dû à la quantité d'énergie inversée, un régulateur de shunt (ou soi-disant hacheur de frein) doit être installé pour consommer l'énergie inversée, par exemple "maxon DSR 50/5" (#309687) ou "maxon DSR 70/30" (#235811).

• www.maxongroup.com/maxon/view/product/accessory/chopper/235811

Un seul régulateur à shunt peut être utilisé pour plusieurs entraînements en fonction de la quantité d'énergie inversée. Le régulateur shunt doit être placé sur la ligne de tension d'alimentation entre l'alimentation électrique et le contrôleur.

Vous avez besoin de conseils sur votre application concrète ?

Si vous avez besoin d'une étude axée sur votre application concrète, veuillez ouvrir une demande et nous fournir autant d'informations que possible sur votre application, votre système, les profils de charge et de mouvement. Vous trouverez une liste de contrôle des informations requises dans le document "Quelles sont les informations requises par le support".

PDF en anglais et en allemand :

Ces documents contiennent des informations et des explications encore plus détaillées :