Utiliser la régulation intelligente de l’alimentation pour améliorer la régulation de la température

By: Sean Wilkinson - December 16, 2021  


Un régulateur d’alimentation intelligent est intelligent parce qu’il dispose d’un microprocesseur, d’une mémoire et d’une programmation sophistiquée et parce qu’il dispose d’une détection (tension et courant) qui lui permet de s’adapter et de prendre des décisions à mesure que les conditions changent dans les paramètres de l’application pour laquelle il est configuré.

Il existe de nombreux types de commutateurs d’alimentation utilisés dans des applications commerciales et industrielles. Les relais mécaniques et les contacteurs conviennent aux applications où ils ne sont pas commutés très souvent parce qu’ils sont relativement peu coûteux et ne produisent pas beaucoup de chaleur, mais pour un contrôle précis du chauffage électrique, ils sont un mauvais choix car ils s’usent et tombent rapidement en panne s’ils sont fréquemment commutés. Ils provoquent également un bruit électrique qui peut interférer avec les mesures de température. Pour réduire les défaillances et atténuer le bruit, les interrupteurs d’alimentation statiques tels que la gamme DIN-A-MITE® de Watlow® sont souvent sélectionnés pour les applications de régulation de température.

Le régulateur’d’alimentation ASPYRE de Watlow est un régulateur intelligent utilisé par les industries du monde entier. Le produit spécialisé est livré avec une marque d’assurance avec une classification UL 508. Il s’agit d’une norme de l’industrie de l’équipement de contrôle industriel qui est liée à la sécurité et peut réduire les coûts de main-d’œuvre et de projet.

Les régulateurs ASPYRE sont utilisés par des entreprises industrielles à haut rendement dans les domaines de la pétrochimie, du traitement thermique et de la production d’énergie. Pour les démarreurs, le modèle est disponible dans une plage de 35 à 2 100 ampères pour compléter une grande variété d’applications. Une seule unité ASPYRE à ampère élevé peut servir de solution économique. Il est idéal pour les applications utilisant plusieurs petites unités avec des ampères de faible plage. 

La famille de’ régulateurs d’alimentation intelligents ASPYRE® de Watlow possède les caractéristiques avantageuses des interrupteurs d’alimentation statiques, ce qui leur permet de durer longtemps, de commuter fréquemment pour contrôler les éléments chauffants avec précision et de générer un bruit électrique minimal, mais pourquoi les appelons-nous des régulateurs d’alimentation “intelligents  ?” Les principales caractéristiques qui distinguent les régulateurs d’alimentation intelligents des autres produits de commutation d’alimentation statiques sont les suivantes  :

  • Mesure intégrée du courant et de la tension de charge
  • Capacité à calculer la puissance fournie à la charge et la résistance de charge
  • Régulation en boucle fermée de la sortie basée sur le courant et/ou la tension mesurés
  • Option pour limiter le courant de charge
  • Option d’intégration avec d’autres équipements d’automatisation via des protocoles de communication modernes tels qu’EtherNet/IP et Profinet

Performances améliorées

La possibilité de contrôler la sortie en fonction de la mesure de la puissance fournie à la charge améliore les performances de régulation de la température, car elle compense les fluctuations de tension secteur ou même les défaillances de charge partielle plus rapidement et, par conséquent, avec un écart nettement inférieur par rapport au point de consigne de température par rapport au même régulateur de température associé à un produit de commutation de puissance statique traditionnel.

Le régulateur de température et le régulateur d’alimentation fonctionnent ensemble. Le régulateur de température mesure la température avec un capteur et détermine la quantité de puissance disponible (de zéro à 100  %) nécessaire pour atteindre le point de consigne. Le régulateur de puissance interprète la sortie du régulateur de température comme un point de consigne de puissance et contrôle la puissance fournie en conséquence. Le régulateur d’alimentation ajuste la puissance fournie pour les fluctuations de tension et au mieux de sa capacité en cas de défaillance partielle de l’élément de chauffage.

Ce que l’on entend par régulation en boucle “fermée de l’alimentation” n’est pas toujours évident, même pour les personnes familiarisées avec la régulation de température en boucle fermée. Cela vaut la peine de parcourir pas à pas  :

  1. Le signal du régulateur de température est le point de consigne du régulateur d’alimentation.
  2. Le retour d’alimentation est mesuré/calculé par le régulateur d’alimentation (mesure la tension secteur et le courant de charge et calcule la puissance P = V x I fournie aux éléments chauffants).
  3. Le régulateur de puissance ajuste sa sortie (s’allume plus ou moins longtemps) pour que le retour soit égal au point de consigne, c’est-à-dire qu’il ferme la boucle.

Caractérisation des processus et des équipements

Le régulateur d’alimentation intelligent mesure la tension secteur et le courant dans la charge. Avec ces informations, il peut calculer la résistance de charge et la quantité de puissance fournie par l’élément de chauffage. Les fabricants d’équipement peuvent utiliser ces informations lors de la mise en service comme indicateur d’un problème, ou si tout va bien. Par exemple, une résistance anormalement élevée peut indiquer une mauvaise connexion qui pourrait éventuellement causer une défaillance prématurée ou même un incendie si elle n’est pas corrigée.

Un client de Watlow, un fournisseur d’équipements de grande capacité et de grand volume pour la cuisson, surveille les paramètres de charge pendant l’installation de l’équipement et compare le profil avec les démarrages précédents connus. Ils reçoivent un avertissement précoce des problèmes localisés dans la zone chauffée et peuvent prendre des mesures correctives avant qu’une défaillance ne se produise.

Les utilisateurs finaux peuvent également surveiller ces paramètres au fil du temps et les corréler avec de bons et mauvais résultats de production. Un fournisseur de matériaux d’emballage en feuille de mousse a réduit les retours de produits et augmenté la satisfaction des clients en étant capable d’identifier rapidement quand leur processus de polymérisation est hors tolérance, car ils peuvent détecter quand la résistance de la zone augmente indiquant une lampe IR défaillante.

Communication intégrée

L’intégration du régulateur d’alimentation intelligent à d’autres équipements d’automatisation permet de surveiller les variables de processus à distance et permet aux opérateurs et au personnel de maintenance de localiser rapidement les problèmes. Un grand fabricant de câbles de transmission de puissance et d’autres câbles s’est appuyé sur des personnes pour vérifier périodiquement les jauges de courant visuellement pour chaque zone sur chacune des extrudeuses qui enrobent les câbles. Sur les quarts de travail avec moins de personnel, un mauvais produit était souvent la première indication d’un problème. Ils ont remplacé les régulateurs d’alimentation statiques des extrudeuses par des régulateurs d’alimentation ASPYRE DT afin de pouvoir déterminer rapidement si un élément de chauffage défectueux entraînerait la mise au rebut ou la reprise d’un câble, ou si la production pouvait se poursuivre jusqu’à la maintenance programmée. La conception de l’équipement est telle qu’ils peuvent continuer à produire un bon produit avec un élément défaillant dans une zone. Les mesures de puissance leur permettent de déterminer la quantité de puissance délivrée par zone, ce qui leur permet de planifier la maintenance et de réduire les déchets plutôt que de subir des temps d’arrêt inattendus.

Intégration avec le régulateur de température

Traditionnellement, les régulateurs de température et autres équipements d’automatisation signalent au régulateur d’alimentation un signal de dosage temporel discret ou un signal de process tel que 4 à 20mADC. Une fois qu’un protocole industriel est utilisé pour extraire des données telles que la tension de ligne et le courant de charge du régulateur d’alimentation intelligent, en exploitant cette fonctionnalité pour définir le point de consigne de la demande de puissance est l’étape logique suivante. Cela peut réduire la complexité et l’encombrement du système, en particulier dans les systèmes multizones.

Adaptable à l’application

Cet article a fait allusion aux capacités d’un régulateur d’alimentation intelligent activé par son microprocesseur et sa programmation sophistiquée, mais ne s’est pas concentré dessus. Il est hautement configurable et dispose de diverses fonctions pour prendre en charge une large gamme d’applications. Plus d’informations à ce sujet dans de futurs articles, mais en bref, deux aspects configurables sont le type de déclenchement et les commentaires.

Le mode Smart Firing augmente la durée de vie de l’élément de chauffage

Le fait d’avoir un type d’allumage sélectionnable par l’utilisateur doit être familier aux personnes qui configurent fréquemment des régulateurs de température, qui peuvent être configurés pour une commutation marche-arrêt, à base de temps fixe ou à base de temps variable. Le type d’allumage est une option de commande pour les régulateurs d’alimentation traditionnels, mais il est sélectionnable par l’utilisateur sur le terrain pour les régulateurs d’alimentation intelligents. Au-delà de cela, il peut même commuter automatiquement en fonction des besoins applicatifs. Par exemple, vous pouvez configurer ASPYRE DT pour qu’il effectue normalement une rafale à durée variable afin de minimiser le bruit électrique, mais utiliser l’angle de phase pour appliquer une limite de courant afin de minimiser le courant d’appel dans l’élément de chauffage qui a une faible résistance lorsqu’il est froid, comme une lampe au tungstène.

Commentaires appropriés à l’application

La plupart des applications utilisent le retour de puissance (V x I), mais au démarrage, les fours avec des éléments chauffants en carbure de silicium utilisent le retour de tension jusqu’à ce que les éléments soient chauds, puis passent au retour de puissance. Le régulateur d’alimentation intelligent peut être configuré pour le faire automatiquement.

Récapitulatif

Les régulateurs d’alimentation intelligents peuvent améliorer les performances du régulateur de température en contrôlant l’alimentation fournie à l’élément de chauffage et en répondant aux changements de tension de ligne et de résistance de l’élément de chauffage plutôt que d’activer et de désactiver sans réfléchir le signal du régulateur de température. Cela fournit une chaleur constante à travers les variations de tension de source, une récupération plus rapide et des écarts de température moins importants en raison de défaillances partielles de l’élément de chauffage.

Les régulateurs d’alimentation intelligents peuvent mesurer le courant et la tension, ce qui fournit une caractérisation des performances du processus et un avertissement précoce des problèmes pendant la mise en service et le fonctionnement du système, et fournissent des alarmes pour les courts-circuits, les défaillances de charge (rupture de l’élément de chauffage) et la détection de rupture partielle.

Les régulateurs d’alimentation intelligents disposent d’un déclenchement et d’un retour configurables sur site appropriés pour protéger et prolonger la durée de vie de différents types d’éléments chauffants.

Enfin, les régulateurs d’alimentation intelligents offrent des fonctionnalités conçues pour aider les utilisateurs à minimiser les pertes et les temps d’arrêt imprévus.