Les fournisseurs de convertisseurs de fréquence spécifiques à l'industrie pétrolière rappellent que les moteurs électriques sont actuellement les outils rotatifs les plus utilisés. Avec le développement et la popularisation des convertisseurs de fréquence, leur utilisation conjointe avec celle de moteurs électriques se généralise. Cependant, cette association engendre inévitablement de nombreux problèmes :
1. Les démarreurs progressifs de moteurs permettent-ils d'économiser de l'énergie ?
L'effet d'économie d'énergie du démarrage progressif est limité, mais il peut réduire l'impact du démarrage sur le réseau électrique, assurer un démarrage en douceur et protéger l'enroulement du moteur.
Selon la théorie de la conservation de l'énergie, le démarrage progressif, du fait de l'ajout de circuits de commande relativement complexes, non seulement n'économise pas d'énergie, mais augmente également la consommation énergétique. Il permet toutefois de réduire le courant de démarrage du circuit et joue un rôle protecteur.
Quels sont le courant de démarrage et le couple de démarrage du moteur lorsqu'un convertisseur de fréquence est utilisé pour son fonctionnement ?
En utilisant un variateur de fréquence, la fréquence et la tension augmentent proportionnellement à l'accélération du moteur, et le courant de démarrage est limité à moins de 150 % du courant nominal (125 % à 200 % selon le modèle). Un démarrage direct sur secteur engendre un courant 6 à 7 fois supérieur, provoquant des chocs mécaniques et électriques. L'utilisation d'un variateur de fréquence permet un démarrage en douceur (avec un temps de démarrage plus long). Le courant de démarrage est alors de 1,2 à 1,5 fois le courant nominal, et le couple de démarrage de 70 % à 120 % du couple nominal. Pour les variateurs de fréquence dotés d'une fonction d'augmentation automatique du couple, le couple de démarrage dépasse 100 %, permettant un démarrage à pleine charge.
Existe-t-il un lien entre la surcharge du moteur et un court-circuit ?
Il existe deux types de surcharge moteur : 1. La surcharge mécanique : elle est causée par une charge motrice dépassant la valeur nominale ou par un blocage du système de transmission, et n’a rien à voir avec un court-circuit. 2. La surcharge en charge normale : si le courant moteur est excessif, cela peut être dû à une mise à la terre locale ou à des courts-circuits entre les spires de l’enroulement moteur.
À quoi sert la régulation de vitesse à fréquence variable ? Quels en sont les avantages ?
À quoi sert la régulation de vitesse à fréquence variable ?
Il peut être appliqué aux machines tournantes nécessitant une régulation de vitesse.
Quels sont les avantages de la régulation de vitesse à fréquence variable ?
Avant la mise en œuvre de la régulation de vitesse à fréquence variable (théoriquement, elle existait déjà, mais sa mise en œuvre concrète est intervenue après l'invention des dispositifs électroniques de puissance), la régulation de vitesse traditionnelle utilisait le courant continu. Les inconvénients de la régulation de vitesse par courant continu sont les suivants :
① Les moteurs à courant continu ont des structures complexes et des coûts d'entretien élevés
② En raison de l'existence du collecteur, il n'y a pas beaucoup de marge pour augmenter la puissance du moteur CC.
Par conséquent, les avantages de la régulation de vitesse à fréquence variable sont les suivants :
① Il peut atteindre les mêmes excellentes performances de régulation de vitesse que la régulation de vitesse CC pour les moteurs CA.
② L’entretien des moteurs asynchrones à cage d’écureuil est simple et pratique.
③ Il n'y a pas de limitation de puissance des moteurs à courant alternatif due au collecteur.
Comment mesurer la résistance d'isolement d'un moteur ?
S'il s'agit d'un moteur à courant alternatif triphasé, mesurez la résistance d'isolement entre les phases et à la terre des enroulements triphasés du moteur.
S'il s'agit d'un moteur à courant continu, mesurez la tension entre l'enroulement d'induit et la masse, entre l'enroulement d'excitation série et la masse, entre l'enroulement d'excitation secondaire et la masse, et entre l'enroulement d'excitation série et l'enroulement d'excitation secondaire. Sélectionnez le vibreur approprié en fonction du niveau de tension du moteur testé.
Étapes de mesure :
---Débranchez l'alimentation électrique
Décharge au sol
---S'il s'agit d'un moteur à courant alternatif triphasé, ouvrez le point milieu (si possible)
---S'il s'agit d'un moteur à courant continu, soulevez le balai.
Utilisez une table vibrante pour mesurer séparément la résistance d'isolement entre les phases et à la terre.
Décharge au sol
---Restaurer la ligne
---Enregistrez la résistance d'isolement et la température ambiante.
6. Qu'est-ce qu'un démarreur sans balais et acyclique ?
Le démarreur sans balais et sans bagues est un dispositif de démarrage qui pallie les inconvénients des moteurs asynchrones bobinés équipés de bagues collectrices, de balais en carbone et de systèmes de démarrage complexes, tout en conservant les avantages d'un faible courant de démarrage et d'un couple de démarrage élevé. Les moteurs asynchrones triphasés à rotor bobiné de type JR, JZR, YR et YZR (à l'exception des modèles à vitesse variable et de ceux équipés de caméras d'entrée) qui utilisaient initialement des démarreurs résistifs, des inductances, des potentiomètres à fréquence variable, des démarreurs à résistance variable liquide et des démarreurs progressifs peuvent être équipés de démarreurs sans balais et à boucle ouverte.
Combien existe-t-il de méthodes de démarrage par condensateur pour les moteurs ?
Il existe deux types de départ :
⑴ Démarrage par condensateur (désigne la déconnexion du condensateur après le démarrage du moteur) ;
⑵ Le condensateur démarre et fonctionne (le condensateur participe au fonctionnement après le démarrage).
Un transformateur peut-il être utilisé comme charge pour un convertisseur de fréquence ?
En principe, cela devrait être possible, mais en pratique, ce n'est pas envisageable. Les convertisseurs de fréquence ne nécessitent pas de transformateurs pour élever la tension, et il existe des modèles adaptés aux circuits de plus de 380 V. Si une tension plus élevée est requise, certains circuits permettent une conversion directe en 220 V ou 380 V, puis un doublement de la tension pour obtenir une tension plus élevée. Les convertisseurs de fréquence sont principalement utilisés pour l'entraînement de charges (comme les moteurs électriques) et rarement pour la conversion de fréquence du réseau électrique. Leurs fonctions ne se limitent pas à la simple conversion de fréquence ; ils offrent également de nombreuses fonctions supplémentaires, telles que diverses protections. Utiliser un convertisseur de fréquence pour obtenir de l'énergie à fréquence variable n'est pas économiquement judicieux. Il est recommandé d'utiliser d'autres circuits de conversion de fréquence.
Le convertisseur de fréquence peut-il être réglé à 1 Hz, et jusqu'à quelle fréquence peut-il être réglé pour utilisation ?
Si un convertisseur de fréquence est utilisé sur un moteur asynchrone à courant alternatif classique, lorsqu'il est réglé sur 1 Hz, il se rapproche du courant continu, ce qui est absolument interdit. Le moteur fonctionnera alors à son courant maximal admissible par le convertisseur et générera une chaleur excessive, susceptible de le détruire.
Si la fréquence de fonctionnement dépasse 50 Hz, les pertes fer du moteur augmenteront, ce qui lui sera préjudiciable. En général, il est préférable de ne pas dépasser 60 Hz (un dépassement ponctuel est toléré), sous peine de réduire la durée de vie du moteur.
Quel est le principe de fonctionnement de la résistance de régulation de fréquence dans un convertisseur de fréquence ? Pourquoi le réglage de cette résistance permet-il de modifier la fréquence ?
La résistance de réglage de fréquence du convertisseur de fréquence sert à diviser proportionnellement la tension de référence de 10 V du convertisseur, puis à la renvoyer à la carte de commande principale. Cette dernière effectue ensuite une conversion analogique-numérique de la tension renvoyée par la résistance afin de lire les données et de les convertir en une valeur proportionnelle à la fréquence nominale pour obtenir la fréquence actuelle. Ainsi, en ajustant la valeur de la résistance, on peut modifier la fréquence du convertisseur.
11. Le convertisseur de fréquence peut-il découpler le courant du moteur ?
Peut-on découpler la conversion de fréquence ? Non ! Cependant, tant que la fréquence de sortie f et la vitesse synchrone n1 maintiennent le glissement dans la plage de stabilité ou au glissement nominal Se, cela équivaut à découpler le courant moteur. En effet, le facteur de puissance du rotor est alors de 1, et le courant rotorique est le courant de couple qu'il est essentiel de découpler et de contrôler ! Le convertisseur de fréquence est un dispositif de régulation de vitesse pour moteurs asynchrones ; il ne peut effectuer aucun contrôle au-delà des caractéristiques mécaniques de ces moteurs.
Pourquoi le courant est-il élevé au démarrage d'un moteur à induction ? Diminuera-t-il après le démarrage ?
À l'arrêt, un moteur à induction se comporte, d'un point de vue électromagnétique, comme un transformateur. L'enroulement statorique, alimenté, est équivalent à l'enroulement primaire du transformateur, et l'enroulement rotorique, en circuit fermé, est équivalent à l'enroulement secondaire d'un transformateur en court-circuit. Il n'y a pas de connexion électrique entre les enroulements statorique et rotorique, seulement une connexion magnétique. Le flux magnétique traverse le stator, l'entrefer et le noyau du rotor pour former un circuit fermé. Au moment de la fermeture, le rotor n'a pas encore commencé à tourner en raison de son inertie, et le champ magnétique tournant coupe l'enroulement rotorique à sa vitesse de coupe maximale (la vitesse de synchronisme), induisant ainsi le potentiel le plus élevé possible. Par conséquent, un courant important circule dans le conducteur rotorique, générant de l'énergie magnétique pour contrer le champ magnétique statorique, tout comme le flux magnétique secondaire d'un transformateur doit contrer le flux magnétique primaire.
Afin de maintenir le flux magnétique initial compatible avec la tension d'alimentation, le stator augmente automatiquement le courant. Comme le courant du rotor est alors très élevé, le courant du stator augmente également de manière significative, jusqu'à 4 à 7 fois sa valeur nominale, ce qui explique le courant de démarrage élevé.
Pourquoi le courant est-il faible au démarrage ? Lorsque la vitesse du moteur augmente, la vitesse à laquelle le champ magnétique du stator coupe le conducteur du rotor diminue, le potentiel induit dans le conducteur du rotor diminue et le courant qui y circule diminue également. Par conséquent, la part du courant statorique utilisée pour compenser le flux magnétique généré par le courant rotorique diminue aussi, ce qui explique la diminution progressive du courant statorique, d'une valeur élevée à une valeur faible, jusqu'à son retour à la normale.
Quel est l'impact de la fréquence porteuse sur les convertisseurs de fréquence et les moteurs ?
La fréquence porteuse a un impact sur le courant de sortie du convertisseur de fréquence :
(1) Plus la fréquence de fonctionnement est élevée, plus le rapport cyclique de l'onde de tension est grand, plus les composantes harmoniques d'ordre élevé du courant sont petites, c'est-à-dire plus la fréquence porteuse est élevée et plus la forme d'onde du courant est lisse ;
(2) Plus la fréquence porteuse est élevée, plus le courant de sortie autorisé du convertisseur de fréquence est faible ;
(3) Plus la fréquence porteuse est élevée, plus l'impédance capacitive du condensateur de câblage est faible (car Xc=1/2 π fC), et plus le courant de fuite causé par les impulsions à haute fréquence est important.
L'impact de la fréquence porteuse sur les moteurs :
Plus la fréquence porteuse est élevée, plus les vibrations du moteur sont faibles, plus le bruit de fonctionnement est réduit et moins le moteur génère de chaleur. Cependant, une fréquence porteuse plus élevée entraîne une augmentation de la fréquence du courant harmonique, un effet de peau plus important sur le stator du moteur, des pertes moteur accrues et une puissance de sortie réduite.
Pourquoi un convertisseur de fréquence ne peut-il pas être utilisé comme alimentation pour convertisseur de fréquence ?
Le circuit complet d'une alimentation à fréquence variable est composé de sections de conversion AC/DC, AC et de filtrage. Les formes d'onde de tension et de courant qu'elle délivre sont donc des sinusoïdes pures, très proches de celles d'une alimentation AC idéale. Elle peut fournir la tension et la fréquence du réseau électrique de n'importe quel pays du monde.
Le convertisseur de fréquence est composé de circuits de courant alternatif continu et de courant alternatif modulé. Son appellation standard est « variateur de vitesse à convertisseur de fréquence ». La tension de sortie est une onde carrée pulsée comportant de nombreuses harmoniques. La tension et la fréquence varient proportionnellement et simultanément, et ne peuvent être réglées séparément, ce qui le rend inadapté aux besoins d'une alimentation électrique. De ce fait, il ne peut être utilisé comme source d'alimentation et sert généralement à la régulation de vitesse des moteurs asynchrones triphasés.
Pourquoi la température du moteur augmente-t-elle davantage lorsqu'on utilise un convertisseur de fréquence qu'à la fréquence du réseau électrique ?
Étant donné que la forme d'onde de sortie du convertisseur de fréquence n'est pas une onde sinusoïdale, mais une onde déformée, le courant du moteur au couple nominal est environ 10 % plus élevé qu'à la fréquence du réseau, de sorte que l'élévation de température est légèrement supérieure à celle à la fréquence du réseau.
Un autre point à noter est que lorsque la vitesse du moteur diminue, la vitesse du ventilateur de refroidissement du moteur est insuffisante, et la température du moteur augmente davantage.