La régulation de vitesse par conversion de fréquence désigne généralement un système électromécanique composé d'un moteur à induction, d'un convertisseur de fréquence, d'un automate programmable et d'autres dispositifs intelligents, d'actionneurs terminaux et d'un logiciel de commande, etc. Ce système, fonctionnant en boucle ouverte ou fermée, remplace les systèmes de régulation de vitesse mécaniques et en courant continu traditionnels. Il améliore considérablement l'automatisation et la productivité, et permet de miniaturiser et d'automatiser les équipements.
Si l'on considère la consommation énergétique de tous les moteurs dans les applications industrielles, environ 70 % d'entre eux sont utilisés pour alimenter des ventilateurs et des pompes. Les avantages en matière d'économie d'énergie et de réduction des émissions pour ces charges sont évidents : des gains économiques considérables et des retombées sociales positives. C'est précisément pour cette raison que la régulation de vitesse par conversion de fréquence des moteurs à courant alternatif est largement utilisée. Par exemple, dans un climatiseur à variateur de fréquence, lorsque la température de consigne est abaissée, il suffit de contrôler la vitesse du moteur pour réduire la puissance nécessaire.
Outre les économies d'énergie et leur facilité de mise en œuvre, les moteurs asynchrones à fréquence variable présentent l'avantage d'un démarrage progressif, dispensant ainsi de toute analyse des performances au démarrage. Le principal défi à relever réside dans l'amélioration de l'adaptabilité du moteur aux variations de tension d'alimentation.
Principe de fonctionnement d'un convertisseur de fréquence
Le convertisseur de fréquence que nous utilisons fonctionne principalement en mode AC-DC-AC (conversion de fréquence VVVF ou conversion de fréquence à commande vectorielle). Le courant alternatif à fréquence industrielle est d'abord converti en courant continu par un redresseur, puis ce courant continu est reconverti en courant alternatif à fréquence et tension contrôlables pour alimenter le moteur. Le circuit du convertisseur de fréquence se compose généralement de quatre parties : le redressement, le bus DC intermédiaire, l'onduleur et la commande. La partie redressement est un redresseur triphasé non commandé, la partie onduleur est un onduleur triphasé à pont IGBT, et la sortie est un signal PWM. Le bus DC intermédiaire assure le filtrage, le stockage d'énergie et la dissipation de la puissance réactive.
La régulation de fréquence est devenue la méthode de contrôle de vitesse dominante, largement utilisée dans les transmissions à variation continue dans divers secteurs industriels. Avec l'utilisation croissante des convertisseurs de fréquence dans le domaine du contrôle industriel, les moteurs à variation de fréquence sont de plus en plus répandus. Grâce à leurs performances supérieures en matière de régulation de fréquence par rapport aux moteurs classiques, on les retrouve fréquemment dans les applications utilisant des convertisseurs de fréquence.
Les tests de moteurs à fréquence variable nécessitent généralement une alimentation par convertisseur de fréquence. La fréquence de sortie de ce convertisseur présentant une large plage de variation et le signal PWM de sortie riche en harmoniques, les transformateurs et wattmètres traditionnels ne suffisent plus aux mesures requises. Il est alors nécessaire d'utiliser des analyseurs et des transmetteurs de puissance à conversion de fréquence.
Le banc d'essai moteur normalisé est un nouveau type de système de test mis au point dans le cadre du plan d'amélioration de l'efficacité énergétique des moteurs, afin de réduire la consommation d'énergie et les émissions. Ce banc d'essai standardise et instrumente le système complexe, améliore sa fiabilité, simplifie son installation et sa mise au point, et en réduit le coût.
caractéristiques spéciales du moteur à conversion de fréquence
Conception à élévation de température de classe B, isolation de classe F. L'utilisation de matériaux isolants polymères, d'un vernis imprégné sous vide et d'une structure d'isolation spéciale améliore considérablement la tenue en tension et la résistance mécanique de l'isolation des enroulements électriques. Ces caractéristiques sont suffisantes pour le fonctionnement à haute vitesse du moteur et la résistance aux variations de courant et de tension haute fréquence de l'onduleur.
Le moteur à conversion de fréquence présente un équilibrage de haute qualité et un niveau de vibrations conforme à la norme R. La précision d'usinage des pièces mécaniques est élevée et des roulements spéciaux de haute précision sont utilisés, permettant un fonctionnement à grande vitesse.
Le moteur à fréquence variable est équipé d'un système de ventilation forcée et de dissipation thermique. Tous les ventilateurs axiaux importés sont ultra-silencieux, durables et offrent un débit d'air important. Ceci garantit une dissipation thermique efficace du moteur à toutes les vitesses et permet un fonctionnement prolongé à haute ou basse vitesse.
Comparé aux moteurs à fréquence variable traditionnels, il offre une plage de vitesses plus étendue et une qualité de conception supérieure. Sa conception magnétique spécifique permet de réduire davantage les harmoniques d'ordre élevé, répondant ainsi aux exigences de large bande passante, d'économie d'énergie et de faible niveau sonore. Il présente une large plage de régulation de couple et de puissance, une vitesse stable et une absence d'ondulation de couple.
Il présente une bonne compatibilité paramétrique avec divers convertisseurs de fréquence. Associé à la commande vectorielle, il permet une régulation de couple maximale à l'arrêt, un couple élevé à basse fréquence et une régulation de vitesse de haute précision, une régulation de position et une réponse dynamique rapide.
Date de publication : 5 décembre 2023