Le fournisseur de l'unité de freinage à convertisseur de fréquence vous rappelle que les convertisseurs de fréquence de type courant et de type tension appartiennent à la catégorie des convertisseurs de fréquence AC-DC-AC, composés d'un redresseur et d'un onduleur.
Du fait que les charges sont généralement inductives, un transfert de puissance réactive doit avoir lieu entre leurs sources d'alimentation. Par conséquent, la liaison CC intermédiaire nécessite des composants pour amortir la puissance réactive.
Si un condensateur de grande capacité est utilisé pour absorber la puissance réactive, il s'agit d'un convertisseur de fréquence de type source de tension ; si une bobine d'induction de grande capacité est utilisée pour absorber la puissance réactive, il s'agit d'un convertisseur de fréquence de type source de courant.
La différence entre les convertisseurs de fréquence à tension et les convertisseurs de fréquence à courant réside uniquement dans la forme du filtre de bus CC intermédiaire. Cependant, cela engendre des différences de performances significatives entre les deux types de convertisseurs, comme le montre le tableau comparatif suivant :
1. Composants de stockage d'énergie : convertisseur de fréquence de type tension - condensateur ; type courant - réacteur.
2. Caractéristiques de la forme d'onde de sortie : La tension présente une forme d'onde rectangulaire, le courant une forme d'onde sinusoïdale approximative ; le convertisseur de fréquence à courant présente une forme d'onde rectangulaire pour le courant et une forme d'onde sinusoïdale approximative pour la tension
3. Les caractéristiques de la composition du circuit comprennent une alimentation CC à diode de rétroaction en parallèle avec un condensateur de grande capacité (source de tension à faible impédance) en tant que type tension ; L'alimentation CC à diode sans rétroaction de type courant en série avec une inductance élevée (source de courant à haute impédance) facilite le fonctionnement du moteur dans les quatre quadrants.
4. En termes de caractéristiques, le type à tension génère une surintensité en cas de court-circuit de la charge, et les moteurs en boucle ouverte peuvent également fonctionner de manière stable ; le type à courant peut supprimer la surintensité en cas de court-circuit de la charge, et une commande par rétroaction est nécessaire pour un fonctionnement instable du moteur.
Les onduleurs à source de courant utilisent des thyristors à commutation naturelle comme interrupteurs de puissance. Ces thyristors présentent une inductance côté courant continu coûteuse et sont utilisés dans la régulation de vitesse à double alimentation. Ils nécessitent des circuits de commutation à des vitesses supérieures à la vitesse de synchronisme et leurs performances sont médiocres aux basses fréquences de glissement.
Caractéristiques structurelles du convertisseur de fréquence
Le bus continu du convertisseur de fréquence de type courant est ainsi nommé en raison de l'utilisation de composants inductifs. Il présente l'avantage d'un fonctionnement sur les quatre quadrants et permet d'assurer facilement le freinage du moteur. Son principal inconvénient réside dans la nécessité d'une commutation forcée du pont onduleur et dans la complexité de sa structure, ce qui rend les réglages difficiles. De plus, l'utilisation d'un redressement à thyristors côté réseau électrique génère des harmoniques de courant d'entrée relativement importantes, susceptibles d'impacter le réseau en cas de forte charge.
2. Le convertisseur de fréquence à tension variable doit son nom à l'utilisation de composants capacitifs dans son bus continu. Il se caractérise par son fonctionnement limité à un seul quadrant. En cas de freinage du moteur, un circuit de freinage spécifique doit être installé. À haute puissance, un filtre sinusoïdal doit être ajouté à la sortie.
3. Le convertisseur de fréquence à courant élevé utilise des composants GTO, SCR ou IGCT en série pour réaliser une conversion de fréquence directe haute tension, avec une tension de courant pouvant atteindre 10 kV. Grâce à l'utilisation de composants inductifs dans le bus CC, il est peu sensible au courant, ce qui le rend moins sujet aux surintensités. L'onduleur est également fiable et offre une bonne protection. L'entrée utilise un redressement commandé en phase par thyristors, ce qui entraîne un taux d'harmoniques du courant d'entrée relativement élevé. Lorsque la capacité du convertisseur de fréquence est importante, il convient de prendre en compte la pollution du réseau électrique et les interférences avec les équipements électroniques de communication. Le circuit d'égalisation et de tampon de tension est techniquement complexe et coûteux. En raison du grand nombre de composants et de l'encombrement, le réglage et la maintenance sont relativement difficiles. Le pont de l'onduleur utilise une commutation forcée et génère une quantité importante de chaleur, ce qui nécessite de résoudre le problème de la dissipation thermique des composants. Son avantage réside dans sa capacité à fonctionner dans les quatre quadrants et à freiner. Il convient de noter que ce type de convertisseur de fréquence nécessite l'installation de condensateurs auto-réparateurs haute tension côté entrée et côté sortie en raison de son faible facteur de puissance d'entrée et de ses harmoniques d'entrée et de sortie élevées.
4. La structure du circuit de l'onduleur haute tension adopte la technologie IGBT série directe, également connue sous le nom d'onduleur haute tension série à composants directs. Il utilise des condensateurs haute tension pour le filtrage et le stockage d'énergie dans le bus CC, avec une tension de sortie pouvant atteindre 6 kV. Son avantage réside dans la possibilité d'utiliser des composants de puissance à faible résistance et dans le fait que tous les IGBT du pont série ont la même fonction, permettant une conception redondante ou de secours mutuel. Son inconvénient est le nombre relativement faible de niveaux (seulement deux) et la variation de tension de sortie (dV/dt) importante, nécessitant l'utilisation de moteurs spéciaux ou de filtres sinusoïdaux haute tension, ce qui augmente considérablement le coût. Il ne dispose pas d'une fonction de fonctionnement à quatre quadrants et un système de freinage séparé doit être installé lors du freinage. Ce type de convertisseur de fréquence doit également résoudre le problème de l'égalisation de la tension des composants, ce qui nécessite généralement une conception spécifique des circuits de commande et des circuits tampons. De plus, les exigences relatives au délai de propagation des circuits de commande des IGBT sont extrêmement strictes. Si les temps d'allumage et d'extinction de l'IGBT sont incohérents, ou si les pentes des fronts montants et descendants sont trop différentes, cela endommagera les dispositifs d'alimentation.
Il existe de nombreux types d'onduleurs haute tension, et leurs méthodes de classification sont tout aussi diverses. Selon la présence ou non d'une composante continue dans la liaison intermédiaire, on distingue les convertisseurs de fréquence AC/AC et les convertisseurs de fréquence AC-DC-AC ; selon les caractéristiques de la composante continue, on distingue les convertisseurs de fréquence à courant et les convertisseurs de fréquence à tension.
Convertisseur de fréquence de type courant
Tirant son nom de l'utilisation de composants inductifs dans le bus CC du convertisseur de fréquence, ce dispositif présente l'avantage d'un fonctionnement sur les quatre quadrants et permet d'assurer facilement le freinage du moteur. Son principal inconvénient réside dans la nécessité d'une commutation forcée du pont d'onduleur et dans la complexité de sa structure, ce qui rend les réglages difficiles. De plus, l'utilisation d'un redressement à thyristors côté réseau électrique engendre des harmoniques de courant d'entrée relativement importantes, susceptibles de perturber le réseau en cas de forte charge.
Convertisseur de fréquence de type tension
Ce convertisseur de fréquence, dont le nom provient de l'utilisation de composants capacitifs dans son bus continu, se caractérise par son fonctionnement limité aux quatre quadrants. Un circuit de freinage spécifique doit être installé pour freiner le moteur en charge. En cas de forte puissance, un filtre sinusoïdal doit être ajouté à la sortie.
1. Quelle est la différence entre un type de tension et un type de courant ?
Le circuit principal d'un convertisseur de fréquence peut être grossièrement divisé en deux catégories : le convertisseur de tension est un convertisseur de fréquence qui convertit le courant continu d'une source de tension en courant alternatif, et le filtrage du circuit continu est assuré par un condensateur ; le convertisseur de courant est un convertisseur de fréquence qui convertit le courant continu d'une source de courant en courant alternatif, et son filtre de circuit continu est assuré par une inductance.
2. Pourquoi la tension et le courant d'un convertisseur de fréquence varient-ils proportionnellement ?
Le couple d'un moteur asynchrone est généré par l'interaction entre le flux magnétique du moteur et le courant traversant le rotor. À la fréquence nominale, si la tension reste constante et que seule la fréquence diminue, le flux magnétique devient excessif, le circuit magnétique sature et, dans les cas les plus graves, le moteur grille. Il est donc nécessaire de modifier la fréquence et la tension proportionnellement. Autrement dit, lors d'une variation de fréquence, la tension de sortie du variateur de fréquence doit être ajustée afin de maintenir un flux magnétique constant dans le moteur et d'éviter les phénomènes de faible magnétisme et de saturation magnétique. Cette méthode de régulation est couramment utilisée dans les variateurs de fréquence à économie d'énergie pour ventilateurs et pompes.