Qu'est-ce qu'un variateur de fréquence ?
Un variateur de fréquence (VFD) est un dispositif de commande électronique utilisé pour fournir un contrôle de vitesse réglable pour les moteurs à courant alternatif et à courant continu. Les types de moteurs à courant alternatif les plus courants sont les moteurs à induction à courant alternatif ou les moteurs asynchrones. Les avantages de l'utilisation d'un VFD sont les économies d'énergie pour les applications de ventilateurs et de pompes CVC, l'amélioration du couple moteur et du contrôle de la vitesse dans les applications industrielles et une meilleure protection du moteur.
Tailles de moteur pour fonctionnement VFD :
Les variateurs de fréquence peuvent faire fonctionner des moteurs allant de ¼ de cheval-vapeur à 120 volts en monophasé à 20 000 kilowatts à 11 000 volts en triphasé. Les moteurs industriels sont généralement triphasés et la tension la plus courante aux États-Unis est de 480 V. Les autres tensions courantes sont de 230, 2 300 et 4 160 V. Le moteur est conçu pour fonctionner sur une variété de tensions en fonction des pôles du moteur.
Les moteurs sont conçus pour fonctionner à une vitesse constante en fonction du nombre de pôles du moteur. La fréquence de la tension fournie au moteur détermine la vitesse du moteur. Cette vitesse est fonction de la fréquence appliquée multipliée par 120 divisée par le nombre de pôles par phase.
Comment un variateur de fréquence modifie la vitesse d'un moteur :
Les variateurs de fréquence contrôlent les moteurs en faisant varier la fréquence entre 0 et 60 cycles ou Hertz par seconde. Ils peuvent également modifier les fréquences en dehors de la bande standard 0-60 Hz jusqu'à 600 Hz. Une fois au-dessus de 600 Hz, l'application est généralement un moteur de broche à grande vitesse. Le variateur de fréquence fait varier la fréquence d'entrée en ajustant la fréquence de sortie de l'onde sinusoïdale CA vers le moteur. Pour ce faire, le variateur de fréquence comporte quatre composants principaux :
- La section redresseur ou convertisseur à diode convertit la tension de ligne alternative de 60 Hz en tension continue via un redresseur à diode.
- La section du bus CC stocke la tension alternative convertie dans un condensateur. Pour une entrée de 480 V CA, la tension de crête au niveau du bus CC triphasé peut être de 648 V CC (= 480 V x Sq. Rt. √1,82).
- La section onduleur ou IGBT (transistor bipolaire à grille isolée) convertit la tension continue stockée en une forme d'onde sinusoïdale alternative analogique appelée modulation de largeur d'impulsion pour simuler une forme d'onde alternative. La forme d'onde modulée en largeur d'impulsion a une amplitude (hauteur), qui est la tension d'entrée maximale, généralement 480 volts, et un cycle de service (largeur). Le nombre de cycles de service par seconde est la fréquence en Hertz, et la vitesse à laquelle l'IGBT s'allume et s'éteint est la fréquence porteuse. Les fréquences porteuses vont de 2,000 Hz à 15,000 Hz. Des fréquences porteuses plus élevées produisent de meilleures formes d'onde. Imaginez un interrupteur mural qui permet à la tension et au courant d'alimenter une ampoule. La tension et le courant circulent vers l'ampoule à une vitesse de 60 cycles par seconde. Tout scintillement de lumière est trop rapide pour être détecté à l'œil nu.
- La section de contrôle du variateur de fréquence détermine la tension et la fréquence ou le nombre de cycles de service envoyés au moteur. Le moteur utilise une forme d'onde modulée en largeur d'impulsion pour contrôler la vitesse du moteur.
L'évolution des variateurs de fréquence
Les variateurs de fréquence ont évolué au fil du temps, mais leurs fonctionnalités de base demeurent. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications et contribuent à l'évolution des industries. Avec l'essor actuel de l'IIoT et de la fabrication intelligente, les variateurs de fréquence deviendront partie intégrante de l'amélioration des processus et fourniront des données utiles pour aider les fabricants à devenir des leaders dans leurs secteurs.