Types de convertisseurs de fréquence et leur application dans les installations industrielles modernes

Les types de variateurs et leur utilisation dans les installations modernes est une question que les automaticiens, les électriciens industriels et les ingénieurs de maintenance rencontrent quotidiennement. Les onduleurs, ou convertisseurs de fréquence, sont chargés de réguler la vitesse, le couple et les caractéristiques de fonctionnement des moteurs électriques dans les machines et les installations techniques.

Dans la pratique industrielle, on rencontre à la fois des variateurs monophasés et des variateurs triphasés fonctionnant dans des applications de complexité variable. La différenciation correcte entre les types de variateurs et leurs capacités réelles a un impact direct sur la stabilité de fonctionnement du variateur, la durée de vie du moteur et la sécurité de l’installation.

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Types de convertisseurs de fréquence – répartition selon l’alimentation et la conception

Les onduleurs (convertisseurs de fréquence) peuvent être divisés en fonction de deux critères fondamentaux : le type d’alimentation et la conception du système électrique. Cette subdivision est le point de départ d’une sélection correcte de l’appareil.

Onduleurs monophasés et triphasés

• onduleurs monophasés
• onduleurs triphasés

Les onduleurs monophasés fonctionnent à partir d’un réseau de 230 V CA et génèrent une tension triphasée de 3×230 V à la sortie. Ce type d’onduleur monophasé est le plus souvent utilisé lorsqu’il n’y a pas d’accès à un réseau triphasé et qu’une commande de moteur triphasé est nécessaire.

Ces systèmes sont dominés par les variateurs pour moteurs triphasés, qui permettent un contrôle progressif de la vitesse, limitent le courant d’appel et réduisent les charges mécaniques sur le système d’entraînement.

Les onduleurs triphasés sont connectés à un réseau CA de 3×400 V et fournissent une tension triphasée de 3×400 V à la sortie. Chaque onduleur triphasé est une solution standard pour les applications industrielles avec une puissance plus élevée et des charges continues.

Dans ce groupe, les variateurs pour moteurs triphasés sont couramment utilisés dans les pompes, les compresseurs, les mélangeurs, les convoyeurs et les machines de production.

Les variateurs pour moteurs monophasés constituent une catégorie distincte. Il s’agit d’appareils alimentés par le réseau 230 V CA qui fournissent une tension de commande monophasée à la sortie. Ils ne génèrent pas de tension triphasée et sont conçus exclusivement pour des moteurs monophasés de conception appropriée.

Onduleurs sans transformateur

Les onduleurs sans transformateur sont de plus en plus utilisés dans les installations modernes. Leur conception sans transformateur réduit les pertes d’énergie, les dimensions et l’efficacité de l’ensemble du système.

Cependant, les variateurs sans transformateur nécessitent une mise à la terre et un filtrage CEM corrects. Dans la pratique, la mise en œuvre incorrecte de ces composants est parfois à l’origine d’interférences, d’erreurs de communication et d’un fonctionnement instable du variateur.

Méthodes de contrôle des onduleurs et applications pratiques

Le deuxième critère clé pour la répartition des variateurs est la méthode de commande du moteur. Le choix de la méthode de commande influe sur la précision du fonctionnement, la stabilité du couple et le comportement de l’entraînement à faible vitesse.

Contrôle scalaire (U/f)

Le contrôle U/f scalaire implique le maintien d’un rapport tension/fréquence constant. Elle est utilisée dans les applications où les variateurs pour moteurs triphasés fonctionnent sans qu’un contrôle précis du couple soit nécessaire.

• pompes et ventilateurs
• convoyeurs simples
• entraînements auxiliaires

La commande U/f se caractérise par une configuration simple et une grande résistance aux erreurs de paramétrage.

Contrôle vectoriel

La commande vectorielle permet de contrôler le couple et le flux magnétique dans le moteur. Cette solution est utilisée dans les applications nécessitant un fonctionnement stable à faible vitesse et des changements de charge dynamiques.

L’activation du contrôle vectoriel nécessite la saisie de tous les paramètres nominaux du moteur. Des données moteur incorrectes peuvent entraîner une surchauffe, une instabilité et des déclenchements de la protection du variateur.

Onduleur hybride et onduleurs hybrides

Les onduleurs hybrid es combinent les fonctions d’un convertisseur de fréquence classique avec la capacité de fonctionner avec plusieurs sources d’énergie. Ils sont utilisés dans les systèmes de stockage d’énergie, les systèmes photovoltaïques et les systèmes d’alimentation de secours.

Les onduleurs hybrides permettent de gérer les flux d’énergie, de stabiliser les paramètres de l’alimentation électrique et d’interagir avec le réseau et les sources locales.

Conseils pratiques

• vérifiez toujours que la tension de sortie de l’onduleur correspond à la tension nominale du moteur
• lors du choix d’un convertisseur de fréquence monophasé, tenez compte des limites de courant de l’installation
• pour les applications industrielles, anticipez la réserve de puissance de l’onduleur triphasé
• Avec les onduleurs sans transformateur, accordez une attention particulière à la mise à la terre et à la compatibilité électromagnétique.

Qu’il s’agisse de variateurs pour moteurs monophasés, de variateurs pour moteurs triphasés ou de variateurs hybrides, la sélection et la configuration correctes du variateur déterminent la fiabilité et la durabilité de l’ensemble du système d’entraînement.

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