Un entraînement à fréquence variable (VFD) est un dispositif électrique utilisé pour contrôler la vitesse et les performances des moteurs électriques, et il est largement utilisé dans le domaine du contrôle de l'automatisation industrielle. Il régule la fréquence et la tension de sortie des moteurs à courant alternatif, contrôlant ainsi la vitesse et le couple du moteur et permettant un contrôle intelligent, efficace et-économe en énergie des équipements.
Un variateur de fréquence se compose principalement d'une section de transmission de puissance, d'une section redresseur, d'une section onduleur et de circuits de commande. La section de transmission de puissance utilise un transformateur pour abaisser la tension du réseau d'entrée (généralement 380 V ou 220 V) à la tension d'entrée requise. La section redresseur convertit le courant alternatif d'entrée en courant continu, tandis que la section onduleur reconvertit le courant continu en courant alternatif haute -fréquence. Les circuits de commande acheminent et traitent les signaux de commande pour réguler la sortie du variateur.
Les principales fonctions d'un VFD incluent le contrôle du moteur à vitesse variable-, la régulation de la puissance et la protection contre les surtensions et les surcharges du secteur. En ajustant la fréquence et la tension de sortie du VFD, un contrôle fiable et précis du moteur sous différentes charges peut être obtenu, tout en mettant en œuvre diverses stratégies de contrôle du moteur telles que le contrôle de zone, le contrôle vectoriel et le contrôle en boucle ouverte-.
En raison de leurs avantages de fonctionnement stable, d'améliorations significatives des performances et d'économies d'énergie, les entraînements à fréquence variable sont largement utilisés dans divers processus et domaines de production, tels que le contrôle des pompes, les systèmes de ventilation, les systèmes de refroidissement, la production en usine et la robotique.
Principe de fonctionnement d'un variateur de fréquence
Un variateur de fréquence est un appareil électrique utilisé pour réguler la vitesse de fonctionnement d'un moteur à courant alternatif. Son principe de fonctionnement de base est le suivant :
L'onduleur convertit le courant continu en courant alternatif et ajuste la vitesse de fonctionnement et le couple du moteur en contrôlant des paramètres tels que la tension, la fréquence et la phase. Le processus opérationnel spécifique peut être globalement divisé en les étapes suivantes :
1. Rectification : L'onduleur utilise un circuit redresseur pour convertir le courant alternatif du secteur en courant continu.
2. Filtrage : un circuit de filtrage garantit que l'alimentation CC est transmise en douceur au circuit de l'onduleur, empêchant ainsi le bruit d'impulsion à haute fréquence - du courant de contaminer l'alimentation électrique.
3. Inversion : Le circuit onduleur convertit la puissance CC en puissance CA requise.
4. Contrôle de sortie : en contrôlant la tension, la fréquence et la phase de sortie du circuit inverseur, le VFD ajuste l'état de fonctionnement du moteur pour obtenir un contrôle continu de la vitesse du moteur.
5. Fonctions de protection : l'onduleur dispose également de diverses fonctions de protection, telles que la protection contre les surintensités, les surcharges, les surtensions et les sous-tensions, garantissant un fonctionnement sûr et stable du moteur et de l'onduleur.
En résumé, l'onduleur ajuste l'état de fonctionnement du moteur en contrôlant des paramètres tels que la fréquence et la tension CA, permettant un contrôle continu de la vitesse pour répondre aux exigences de contrôle du moteur de diverses applications.
Structure du circuit principal d'un variateur de fréquence
La structure du circuit principal d'un variateur de fréquence se compose principalement d'un circuit redresseur, de condensateurs intermédiaires, d'un circuit onduleur et d'un circuit de filtre de sortie. Plus précisément, il comprend les éléments suivants :
1. Circuit redresseur : Le circuit redresseur d’un variateur de fréquence se compose principalement d’un pont redresseur et de condensateurs CC. En ajoutant un pont redresseur et un filtre CC à la borne d'entrée CA d'origine, la tension CA est convertie en tension CC.
2. Condensateurs intermédiaires : Les condensateurs intermédiaires sont principalement utilisés pour assurer la tension continue régulière et stable de l'onduleur, tout en servant également de filtre de sortie.
3. Circuit onduleur : le circuit onduleur comprend diverses topologies, telles que des configurations en demi--pont et-pont complet, pour convertir la tension continue en tension alternative. Il utilise le contrôle PWM pour produire une tension alternative avec une forme d'onde presque-sinusoïdale, permettant ainsi un contrôle de la vitesse.
4. Circuit de filtre de sortie : le circuit de filtre de sortie se compose principalement de deux types : des filtres de type L- et des filtres de type LC-. Ceux-ci sont utilisés pour filtrer le bruit haute fréquence - généré par le circuit inverseur, produisant ainsi une tension continue sinusoïdale douce à la borne de sortie.
En résumé, la structure du circuit principal d'un variateur de fréquence (VFD) nécessite la sélection de composants appropriés en fonction des exigences réelles de l'application, notamment des dispositifs actifs (tels que les IGBT et les MOSFET) et des dispositifs passifs (tels que les condensateurs et les inductances), pour obtenir un contrôle continu de la vitesse du moteur.
Structure du circuit de commande d'un variateur de fréquence
La structure du circuit de commande d'un variateur de fréquence est principalement divisée en composants suivants : interfaces périphériques, unité de traitement du signal d'entrée, unité centrale de traitement, unité de commande du signal de sortie et unité d'alimentation.
1. Interfaces périphériques : celles-ci incluent les interfaces de connexion pour les signaux d'entrée et de sortie, utilisées pour la communication et l'interaction avec des appareils externes.
2. Unité de traitement du signal d'entrée : Cette unité traite et convertit divers signaux d'entrée. Il accepte plusieurs types de signaux d'entrée, tels que des signaux analogiques ou numériques, et les convertit en signaux de contrôle standard pour les transmettre à l'unité centrale, permettant ainsi l'identification et le traitement des signaux de contrôle.
3. Unité centrale de traitement : il s'agit du composant principal de l'onduleur, responsable du calcul et du contrôle de la fréquence et de la tension de sortie du moteur, ainsi que du contrôle du fonctionnement des composants de sortie tels que les onduleurs IGBT. L'unité centrale de traitement contient généralement un ou plusieurs processeurs et une mémoire interne pour stocker les paramètres définis et les programmes de contrôle.
4. Unité de contrôle du signal de sortie : Cette unité contrôle le fonctionnement des composants de sortie. En contrôlant les composants de sortie tels que les IGBT, il régule la fréquence et la tension de sortie du moteur, contrôlant ainsi la vitesse et le couple du moteur.
5. Unité d'alimentation : cette unité fournit une alimentation stable et utilise des composants tels que des filtres pour filtrer et lisser les ondulations à haute fréquence-dans la sortie du moteur, garantissant ainsi la stabilité et la fiabilité du système.
En résumé, la structure du circuit de commande d'un variateur de fréquence se compose de plusieurs modules, chacun remplissant une fonction spécifique. Ces modules fonctionnent de concert pour réaliser collectivement les fonctions de contrôle du variateur.