Sélectionner des condensateurs adaptés aux applications CVC

Les condensateurs jouent un rôle crucial dans le fonctionnement optimal des systèmes CVC (chauffage, ventilation et climatisation), garantissant un fonctionnement fluide et efficace. Les concepteurs de produits peuvent améliorer considérablement les performances des systèmes CVC en comprenant le rôle de ces composants, les différents types utilisés et les problèmes fréquents qui peuvent entraîner des pannes.

Une analyse des principaux condensateurs proposés par la division électronique d'Eaton, entreprise de produits de gestion de l'alimentation qui existe depuis plus d'un siècle, peut aider à illustrer la façon d'associer les bons composants à l'application.

Les moteurs, compresseurs et ventilateurs dépendent des condensateurs pour améliorer leur efficacité et leur fiabilité. Les concepteurs doivent tenir compte des conditions environnementales souvent extrêmes qui peuvent entraîner des coûts de réparation importants et imprévus ainsi que le mécontentement des clients.

Les principaux défis sont la chaleur et l'humidité élevées, que les systèmes CVC sont conçus pour atténuer. De nombreux systèmes CVC sont installés sur les toits, où ils sont exposés à la lumière directe du soleil et entourés de matériaux de toiture à forte absorption thermique, ce qui peut entraîner une surchauffe en été.

Les compresseurs et les ventilateurs utilisés pour refroidir et déshumidifier les systèmes CVC sont soumis à des vibrations constantes provenant de leurs composants rotatifs. Cela provoque des contraintes mécaniques qui peuvent desserrer les condensateurs de leurs points de fixation, accentuer l'usure et dégrader les couches diélectriques internes. Les surtensions, souvent observées lors d'événements météorologiques, ainsi que les fluctuations de tension dans le réseau électrique, peuvent nuire à l'intégrité et aux performances des condensateurs.

Les premiers signes de problèmes potentiels sont un refroidissement irrégulier, des factures d'énergie supérieures à la normale et des bruits inhabituels lors du démarrage et du fonctionnement du système CVC.

Rôle des condensateurs dans les applications CVC

Comme dans d'autres applications, les condensateurs dans les systèmes CVC stockent et libèrent de l'énergie électrique. Les condensateurs de démarrage fournissent l'impulsion nécessaire pour démarrer les moteurs, tandis que les condensateurs de marche assurent un fonctionnement fluide. Lorsqu'ils fonctionnent de manière optimale, ils permettent aux moteurs CVC de fonctionner sans surcharge ni surchauffe.

Les condensateurs assurent le déphasage et le stockage d'énergie, deux fonctions essentielles pour démarrer les systèmes CVC et équilibrer le flux d'énergie. Ils contribuent également à réduire les pertes d'énergie et à améliorer l'efficacité du système, ce qui constitue des facteurs clés pour prolonger la durée de vie du système et garantir l'utilisation la plus optimale de la puissance.

Les condensateurs modernes destinés aux applications CVC utilisent des matériaux spécialisés comme le polypropylène métallisé pour résister aux contraintes thermiques et possèdent des propriétés d'autorégénération qui leur permettent de continuer à fonctionner en cas de défauts mineurs provoqués par la formation d'arcs électriques.

Les condensateurs utilisent un film polypropylène comme couche diélectrique pour fournir un stockage d'énergie stable. Une fine couche de métal est appliquée sur ce film pour former les électrodes et permettre un facteur de forme compact. Les condensateurs à film polypropylène ont généralement une densité de capacité inférieure. Cependant, dans les applications hautes performances, ils offrent des avantages significatifs par rapport aux types électrolytiques, comme une meilleure stabilité, une gestion de la tension, des pertes plus faibles et une durée de vie plus longue.

Condensateurs CVC d'Eaton

Eaton propose une gamme de condensateurs conçus pour améliorer les performances et la fiabilité des systèmes CVC. La gamme de condensateurs DC-Link, de sécurité, de filtrage CA et pour impulsions à film de l'entreprise joue un rôle complémentaire pour garantir la fiabilité et les performances des conceptions CVC.

Constituée d'un film polypropylène métallisé, la gamme de condensateurs à film à fusibles internes, monophasés moyenne tension d'Eaton convient à diverses applications CVC, offrant polyvalence, stabilité et flexibilité dans la conception des systèmes. Ils peuvent être utilisés pour filtrer le bruit électrique et les interférences haute fréquence, pour absorber les pics de tension afin de protéger les systèmes contre les événements transitoires et pour améliorer la correction du facteur de puissance.

Les condensateurs à film DC-Link série EFDKx d'Eaton (Figure 1) minimisent les pertes de puissance en réduisant la distorsion harmonique et en garantissant un flux de puissance régulier vers les moteurs et les compresseurs. Ils maintiennent des niveaux de tension CC stables, atténuent les fluctuations de puissance et filtrent le bruit électrique.

Figure 1 : Condensateur à film DC-Link série EFDKx. (Source de l'image : Eaton)

Les condensateurs EFDKx à faible perte peuvent supporter un courant ondulé élevé sans surchauffer. Encapsulés avec de la résine époxy dans un boîtier en plastique avec des sorties en fil de cuivre étamé et deux ou quatre broches, ces condensateurs servent d'étage intermédiaire entre un redresseur (convertisseur CC/CC) et un onduleur (CC/CA).

Les condensateurs à film de sécurité série EFX d'Eaton sont également constitués d'un film polypropylène métallisé encapsulé dans une résine auto-extinguible. Également connus sous le nom de condensateurs antiparasite ou condensateurs de suppression des interférences électromagnétiques, ces dispositifs assurent une isolation et une protection contre les surtensions. Ils sont de qualité automobile (certifiés THB Grade IIIB et AEC-Q200), offrent une grande fiabilité et sont conçus pour les applications en environnements difficiles. Disponibles en versions à suppression des interférences de classes X1 et X2, ils sont proposés dans une grande variété de tailles, de longueurs de sortie et de configurations de bornes.

Les concepteurs peuvent également utiliser les condensateurs à film pour impulsions de charge et de décharge rapides de la série EFPLS d'Eaton. Ils sont également certifiés THB Grade IIIB et AEC-Q200, et fournissent un stockage d'énergie hautes performances conçu pour les applications à impulsions qui requièrent des rafales de puissance rapides.

Les condensateurs à film de filtrage CA série EFACA d'Eaton sont également certifiés THB Grade IIIB et AEC-Q200, et fournissent une correction du facteur de puissance et un filtrage harmonique pour les circuits de convertisseurs de puissance. Ils peuvent être utilisés pour réduire les coûts énergétiques et améliorer la qualité de l'alimentation.

Les condensateurs d'Eaton peuvent être configurés dans diverses combinaisons en parallèle/série pour répondre aux besoins spécifiques des applications en fonction des exigences en kilovoltampères réactifs (kVAR), de la tension du système et de la stratégie de protection.

Supercondensateurs pour fonctions critiques

Eaton propose également plusieurs gammes de supercondensateurs boutons (Figure 2) qui permettent de stocker l'énergie électrochimique dans un facteur de forme compact et haute capacité. Ces dispositifs peuvent stocker et libérer rapidement de l'énergie électrique.

Figure 2 : Supercondensateur bouton d'Eaton. (Source de l'image : Eaton)

Les supercondensateurs fournissent une alimentation de secours immédiate lors d'interruptions de courte durée ou de chutes de tension, avec la capacité de fournir des rafales d'énergie rapides pour maintenir la stabilité du système jusqu'à ce que l'alimentation soit rétablie ou qu'une alimentation auxiliaire soit activée. Ils peuvent également fournir une assistance de puissance de crête pendant les périodes de forte demande, réduisant ainsi la pression supplémentaire sur les sources d'alimentation principales. En atténuant les fluctuations de tension, les supercondensateurs aident à maintenir des niveaux de tension constants dans les systèmes CVC afin de protéger les composants électroniques sensibles et de garantir un fonctionnement fiable.

Les supercondensateurs séries KR/KW et série KVW d'Eaton sont conçus pour fonctionner sans maintenance et ont une durée de vie pouvant atteindre 20 ans. Ils utilisent une construction de condensateur à double couche électrique (EDLC) combinée à des matériaux et des procédés exclusifs pour fournir un stockage d'énergie haute fiabilité, haute puissance et ultra-haute capacité.

La série KR est adaptée aux applications compactes à usage modéré comme la sauvegarde d'horloge temps réel. La série KW est conçue pour les environnements industriels et CVC plus exigeants avec des plages de températures étendues jusqu'à +85°C, tandis que la série KVW fournit une alimentation de secours robuste pour les applications industrielles légères et grand public dans cette plage de températures étendue.

Conclusion

Les condensateurs sont essentiels dans les systèmes CVC, car ils améliorent le rendement et la fiabilité en stockant et en libérant l'énergie électrique nécessaire pour optimiser les performances. Eaton propose une gamme de condensateurs, y compris des condensateurs DC-Link, des condensateurs de sécurité et des condensateurs à film pour impulsions, conçus pour résister à des conditions environnementales difficiles et améliorer les performances des systèmes.