Qu'est-ce qu'un variateur de fréquence (VFD) ou variateur de vitesse

Qu'est-ce qu'un variateur de fréquence (VFD) ou variateur de vitesse

 Qu'est-ce qu'un variateur de fréquence (VFD) ou variateur de vitesse et son principe de fonctionnement

Il est important d'avoir des connaissances sur le fonctionnement du variateur de fréquence (VFD) ou variateur de vitesse, car ils sont largement utilisés dans les applications de moteurs à courant alternatif, comme les variateurs de vitesse pour la commande de moteurs, en raison de leurs caractéristiques très variées.

 

variateur de vitesse

Par rapport aux moteurs conventionnels, le VFD offre une fonctionnalité et des capacités de fonctionnement supérieures. En plus du contrôle de vitesse réglable, les variateurs de fréquence offrent des protections comme les protections de phase, de sous-tension et de surtension. Le logiciel et les options d'interfaçage des VFD permettent à l'utilisateur de contrôler les moteurs aux niveaux souhaités.

Qu'est-ce qu'un variateur de fréquence (VFD)

La vitesse du moteur AC est contrôlée de deux façons - soit par le contrôle de la tension ou de la fréquence. Le contrôle de la fréquence donne un meilleur contrôle grâce à une densité de flux constante que le contrôle de la tension. C'est là que le fonctionnement des VFD entre en jeu. C'est un dispositif de conversion de puissance qui convertit la tension fixe, la fréquence fixe de la puissance d'entrée en tension variable, la sortie à fréquence variable pour contrôler les moteurs à induction AC.

Il se compose de dispositifs électroniques de puissance (comme IGBT, MOSFET), d'une unité centrale de contrôle à haute vitesse (comme microprocesseur, DSP) et de dispositifs de détection optionnels selon l'application utilisée.

La plupart des applications industrielles nécessitent des vitesses variables aux conditions de charge de pointe et des vitesses constantes aux conditions normales de fonctionnement. Le fonctionnement en boucle fermée des VFD permet de maintenir la vitesse du moteur à un niveau constant, même en cas de perturbations de l'entrée et de la charge.

fonctionnement variateur

Fonctionnement des VFD

Les deux principales caractéristiques du variateur de fréquence sont les vitesses réglables et les capacités de démarrage/arrêt en douceur. Ces deux caractéristiques font du VFD un contrôleur puissant pour contrôler les moteurs AC. Le VFD se compose principalement de quatre sections ; ce sont le redresseur, la liaison intermédiaire DC, le variateur et le circuit de contrôle.

Le redresseur :

C'est le premier étage du variateur de fréquence. Il convertit le courant alternatif alimenté par le réseau en courant continu. Cette section peut être unidirectionnelle ou bidirectionnelle selon l'application utilisée comme le fonctionnement à quatre quadrants du moteur. Il utilise des diodes, des SCR, des transistors et d'autres dispositifs de commutation électroniques.

S'il utilise des diodes, la puissance CC convertie est une sortie non contrôlée tandis que s'il utilise des SCR, la puissance de sortie CC est modifiée par la commande de la grille. Un minimum de six diodes est requis pour la conversion triphasée, de sorte que le redresseur est considéré comme un convertisseur à six impulsions.

Bus CC :

La puissance CC de la section de redressement est alimentée au lien CC. Cette section se compose de condensateurs et d'inductances pour lisser les ondulations et stocker le courant continu. La fonction principale du lien CC est de recevoir, stocker et fournir l'alimentation CC.

Onduleur :

Cette section comprend des interrupteurs électroniques comme des transistors, des thyristors, des IGBT, etc. Il reçoit l'alimentation CC du lien CC et la convertit en CA qui est livré au moteur. Il utilise des techniques de modulation comme la modulation de largeur d'impulsion pour faire varier la fréquence de sortie afin de contrôler la vitesse du moteur à induction.

Circuit de contrôle :

Il est constitué d'une unité à microprocesseur et remplit diverses fonctions comme le contrôle, la configuration des réglages du variateur, les conditions de défaut et l'interfaçage des protocoles de communication. Il reçoit un signal de retour du moteur comme référence de vitesse actuelle et régule en conséquence le rapport de la tension à la fréquence pour contrôler la vitesse du moteur.

application

Application de mise en œuvre du VFD

Le VFD peut également être mis en œuvre par le circuit du microcontrôleur qui est donné ci-dessous. Comme le VFD, il se compose également d'une section de redressement, de filtrage et d'une section d'onduleur. Ici, la section onduleur reçoit les impulsions d'allumage du microcontrôleur programmé pour donner une tension et une fréquence variables à la charge. Ce projet est en fait appelé convertisseur monophasé à triphasé utilisant SVPWM pour contrôler la tension et la fréquence AC aux bornes de la charge

Application de la VFD

L'application du VFD est le contrôle de la vitesse des moteurs à courant alternatif par des cyclo-convertisseurs.

L'énergie du réseau est alimentée par le circuit redresseur qui convertit le CA fixe en CC fixe. Les convertisseurs à trois branches sont constitués de deux diodes connectées en parallèle pour chaque phase, de sorte qu'une des diodes est conductrice lorsque la phase particulière est comparativement plus positive ou négative.

application

Application du VFD

La tension continue pulsée générée par le redresseur est appliquée au circuit de liaison c.c. Ce circuit intermédiaire est composé d'une inductance et de condensateurs. Il filtre

le courant continu pulsé en réduisant le contenu de l'ondulation et donne à la puissance continue un niveau constant.

Pour fournir une tension et une fréquence variables au moteur, l'alimentation CC du circuit de liaison CC doit être convertie en CA variable par un onduleur. Le variateur se compose de IGBT comme dispositifs de commutation qui sont contrôlés par la technique PWM.

Comme pour le circuit de redressement, les commutateurs du variateur appartiennent également à deux groupes : positif et négatif. Le IGBT du côté positif est responsable de l'impulsion positive et le IGBT du côté négatif de l'impulsion négative à la sortie de l'onduleur. La sortie obtenue est donc un courant alternatif qui est appliqué au moteur.

La variation de la période de commutation permet de réguler simultanément la tension et la fréquence dans le variateur. Les VFD modernes utilisent les dernières techniques de contrôle comme les contrôles scalaires, vectoriels et de couple direct, pour contrôler les commutations de l'onduleur en obtenant la puissance variable.

Formes d'onde de sortie des VFD

forme onde

La figure ci-dessus montre comment la tension et la fréquence sont modifiées par le variateur de fréquence. Par exemple, une alimentation de 480V AC, 50Hz est appliquée au VFD qui fait varier la tension et la fréquence du signal pour avoir le contrôle de la vitesse.

Lorsque la fréquence diminue, la vitesse du moteur diminue également. Dans la figure ci-dessus, la puissance moyenne appliquée au moteur diminue en même temps que la tension et la fréquence, à condition que le rapport de ces deux paramètres soit constant.

Avantages du VFD

avantage vfd

VFD connecté au moteur

Les variateurs de fréquence offrent non seulement des vitesses réglables pour des applications de régulation précises et exactes, mais aussi des avantages supplémentaires en termes de contrôle de processus et d'économie d'énergie. Certains de ces avantages sont présentés ci-dessous.

Economie d'énergie

Plus de 65 % de l'énergie est consommée par les moteurs électriques dans les industries. La technique de contrôle de l'amplitude et de la fréquence pour faire varier la vitesse consomme moins d'énergie lorsque le moteur nécessite une vitesse variable. Ainsi, une grande quantité d'énergie est conservée par ces VFD.

Contrôle en boucle fermée

Le VFD permet un positionnement précis de la vitesse du moteur en la comparant continuellement avec la vitesse de référence, même en cas de changement des conditions de charge et de perturbations d'entrée comme les fluctuations de tension.

- Limites du courant de démarrage

Le moteur à induction consomme un courant qui est de 6 à 8 fois le courant nominal au démarrage. Comparé aux démarreurs conventionnels, les VFD donnent de meilleurs résultats car ils délivrent une basse fréquence au moment du démarrage. En raison de la basse fréquence, le moteur tire moins de courant et ce courant ne dépasse jamais sa valeur nominale au démarrage comme en fonctionnement.

- Fonctionnement en douceur

Il offre des opérations de démarrage et d'arrêt en douceur et réduit également les contraintes thermiques et mécaniques sur les moteurs et les transmissions par courroie.

Facteur de puissance élevé

Le circuit de correction du facteur de puissance intégré dans la liaison CC du VFD réduit le besoin de dispositifs supplémentaires de correction du facteur de puissance.

Le facteur de puissance du moteur à induction est très faible pour les applications particulièrement à vide, alors qu'à pleine charge, il est de 0,88 à 0,9. Un faible facteur de puissance entraîne une mauvaise utilisation de la puissance en raison des pertes réactives élevées.

Installation facile

application

Les VFD préprogrammés et câblés en usine offrent un moyen facile pour la connexion et la maintenance.

Nous espérons que notre article vous a fourni des connaissances précises et étendues sur le fonctionnement des VFD. Merci d'avoir consacré votre temps précieux. Nous avons une tâche simple pour vous - Quels sont les différents types de VFD ? Veuillez donner vos réponses dans la section des commentaires ci-dessous. Si vous avez des questions sur ce sujet ou sur les projets électriques et électroniques, vous pouvez également nous faire part de vos commentaires et suggestions concernant cet article dans la section commentaire ci-dessous.

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Commentaires

  • TOKOUDAGBA - January 20, 2020

    J’aimerais savoir paramètré et configurer les variateurs de vitesse

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