Qu'est-ce qu'un variateur (VFD) et comment fonctionne un variateur de fréquence ?

Qu'est-ce qu'un variateur (VFD) et comment fonctionne un variateur de fréquence ?

Qu'est-ce qu'un variateur (VFD) et comment fonctionne un variateur de fréquence ?

 

Qu'est-ce qu'un VFD ?

Un variateur de fréquence (VFD) est un type de contrôleur de moteur qui entraîne un moteur électrique en faisant varier la fréquence et la tension fournies au moteur électrique. D'autres noms pour un VFD sont : variateur de fréquence, variateur de vitesse à courant alternatif, micropropulseur et convertisseur.

La fréquence (ou hertz) est directement liée à la vitesse du moteur (tr/min). En d'autres termes, plus la fréquence est élevée, plus les tours/minute sont rapides. Si une application n'exige pas qu'un moteur électrique tourne à pleine vitesse, le VFD peut être utilisé pour réduire la fréquence et la tension afin de répondre aux exigences de la charge du moteur électrique. Au fur et à mesure que les exigences de vitesse du moteur de l'application changent, le VFD peut simplement augmenter ou diminuer la vitesse du moteur pour répondre à l'exigence de vitesse.

Comment fonctionne un variateur de fréquence ?

Le premier étage d'un Variable Frequency AC Drive, ou VFD, est le convertisseur. Le convertisseur est composé de six diodes, qui sont similaires aux clapets anti-retour utilisés dans les systèmes de plomberie. Ils permettent au courant de circuler dans un seul sens ; le sens indiqué par la flèche dans le symbole de la diode. Par exemple, lorsque la tension de la phase A (la tension est semblable à la pression dans les systèmes de plomberie) est plus positive que les tensions des phases B ou C, alors cette diode s'ouvre et permet au courant de circuler. Lorsque la phase B devient plus positive que la phase A, la diode de phase B s'ouvre et la diode de phase A se ferme. Il en va de même pour les 3 diodes du côté négatif du bus. Ainsi, nous obtenons six "impulsions" de courant lorsque chaque diode s'ouvre et se ferme. C'est ce qu'on appelle un "VFD à six impulsions", qui est la configuration standard des variateurs de fréquence actuels.

 

schema variateur

 

Supposons que le variateur fonctionne sur un système d'alimentation 480V. La tension nominale de 480 V est "rms" ou racine carrée. Les pics sur un système 480V sont de 679V. Comme vous pouvez le voir, le bus CC du VFD a une tension continue avec une ondulation CA. La tension est comprise entre environ 580V et 680V.

variateur de vistesse

Nous pouvons nous débarrasser de l'ondulation du courant alternatif sur le bus CC en ajoutant un condensateur. Un condensateur fonctionne de la même façon qu'un réservoir ou un accumulateur dans un système de plomberie. Ce condensateur absorbe l'ondulation c.a. et délivre une tension continue lisse. L'ondulation CA sur le bus CC est généralement inférieure à 3 volts. Ainsi, la tension sur le bus DC devient "approximativement" 650VDC. La tension réelle dépendra du niveau de tension de la ligne c.a. alimentant le variateur, du niveau de déséquilibre de tension sur le réseau électrique, de la charge du moteur, de l'impédance du réseau électrique et de tout réacteur ou filtre harmonique sur le variateur.

Le convertisseur à pont de diodes qui convertit le courant alternatif en courant continu est parfois simplement appelé convertisseur. Le convertisseur qui convertit le courant continu en courant alternatif est aussi un convertisseur, mais pour le distinguer du convertisseur à diodes, il est généralement appelé "onduleur". Il est devenu courant dans l'industrie de se référer à n'importe quel convertisseur DC-AC comme un onduleur.

 

VFD

Notez: Dans un  VFD, les commutateurs montrés seraient en fait des transistors.

Lorsque nous fermons l'un des commutateurs supérieurs du variateur, cette phase du moteur est connectée au bus CC positif et la tension sur cette phase devient positive. Lorsque nous fermons un des commutateurs inférieurs du convertisseur, cette phase est connectée au bus c.c. négatif et devient négative. Ainsi, nous pouvons faire en sorte que n'importe quelle phase du moteur devienne positive ou négative à volonté et ainsi générer n'importe quelle fréquence que nous voulons. Ainsi, nous pouvons faire en sorte que n'importe quelle phase soit positive, négative ou nulle.

courbes vfd

L'onde sinusoïdale bleue est affichée à des fins de comparaison uniquement. Le variateur ne génère pas cette onde sinusoïdale.

Notez que la sortie du VFD est une forme d'onde "rectangulaire". Les VFD ne produisent pas de sortie sinusoïdale. Cette forme d'onde rectangulaire ne serait pas un bon choix pour un système de distribution d'usage général, mais elle est parfaitement adaptée à un moteur.

Si l'on veut réduire la fréquence du moteur à 30 Hz, il suffit de commuter plus lentement les transistors de sortie du variateur. Mais, si nous réduisons la fréquence à 30Hz, nous devons aussi réduire la tension à 240V afin de maintenir le rapport V/Hz (voir prochainement sur notre site nrjsolaires.com la présentation de la théorie du moteur VFD pour en savoir plus). Comment allons-nous réduire la tension si la seule tension dont nous disposons est de 650 VCC ?

C'est ce qu'on appelle la modulation de largeur d'impulsion ou PWM. Imaginez que nous pourrions contrôler la pression dans une conduite d'eau en activant et en désactivant la vanne à une vitesse élevée. Bien que cela ne soit pas pratique pour les systèmes de plomberie, cela fonctionne très bien pour les VFD. Notez que pendant la première moitié du cycle, la tension est allumée la moitié du temps et éteinte la moitié du temps. Ainsi, la tension moyenne est la moitié de 480V ou 240V. En pulsant la sortie, nous pouvons atteindre n'importe quelle tension moyenne sur la sortie du VFD.

 

Regardez l' image ci-dessous pour comprendre à quoi ressemblent les différentes parties d'un variateur.

DETAILES VFD

 

Pourquoi devrais-je utiliser un variateur?

1 - Réduire la consommation d'énergie et les coûts énergétiques

Si vous avez une application qui n'a pas besoin d'être utilisée à pleine vitesse, vous pouvez réduire les coûts d'énergie en contrôlant le moteur avec un variateur de fréquence, ce qui est l'un des avantages des variateurs de fréquence. Les VFD vous permettent d'adapter la vitesse de l'équipement motorisé à la charge requise. Il n'existe aucune autre méthode de commande de moteur électrique à courant alternatif qui vous permette d'y parvenir.

Les systèmes à moteur électrique sont responsables de plus de 65 % de la consommation d'énergie dans l'industrie d'aujourd'hui. L'optimisation des systèmes de commande des moteurs par l'installation ou la mise à niveau de VFD peut réduire la consommation d'énergie de votre installation jusqu'à 70 %. De plus, l'utilisation des VFDs améliore la qualité du produit et réduit les coûts de production. En combinant les incitatifs fiscaux pour l'efficacité énergétique et les rabais sur les services publics, le retour sur l'investissement pour les installations de VFD peut être aussi faible que 6 mois.

2 - Augmenter la production grâce à un contrôle plus serré des processus

En faisant fonctionner vos moteurs à la vitesse la plus efficace pour votre application, moins d'erreurs se produiront, et donc, les niveaux de production augmenteront, ce qui rapporte à votre entreprise des revenus plus élevés. Sur les convoyeurs et les courroies, vous éliminez les secousses au démarrage, ce qui permet un passage en hauteur.

3 - Prolonger la durée de vie de l'équipement et réduire l'entretien

Votre équipement durera plus longtemps et aura moins de temps d'arrêt dû à l'entretien lorsqu'il est contrôlé par des VFDs assurant une vitesse d'application optimale du moteur. Grâce au contrôle optimal de la fréquence et de la tension du moteur par les VFDs, le VFD offrira une meilleure protection de votre moteur contre des problèmes tels que les surcharges électrothermiques, la protection de phase, la sous-tension, la surtension, etc. Lorsque vous démarrez une charge avec un VFD, vous ne soumettez pas le moteur ou la charge entraînée au "choc instantané" du démarrage en travers de la ligne, mais vous pouvez démarrer en douceur, éliminant ainsi l'usure de la courroie, de la transmission et du roulement. C'est aussi un excellent moyen de réduire et/ou d'éliminer les coups de bélier puisque nous pouvons avoir des cycles d'accélération et de décélération en douceur.

 

Trouvez un variateur pour votre application de pompage dès maintenant chez nrjsolaire au 775342204

 

Publication précédente Publication suivante

Commentaires

  • Ngom - August 30, 2019

    Merci les explications sont précises et faciles à comprendre

  • Yatma - August 29, 2019

    Explication et démonstration très compréhensive merci boss

Laisser un commentaire

Ils nous ont fait confiance