Le fournisseur d'équipements de support pour convertisseurs de fréquence vous rappelle que, dans un système de contrôle de vitesse par conversion de fréquence, la méthode de base de réduction de vitesse consiste à diminuer progressivement la fréquence de consigne. Lorsque l'inertie du système d'entraînement est importante, la diminution de la vitesse du moteur ne compense pas celle du moteur synchrone ; autrement dit, la vitesse réelle du moteur est supérieure à sa vitesse synchrone. Dans ce cas, le sens des lignes de champ magnétique coupées par l'enroulement rotorique du moteur est exactement opposé à celui du fonctionnement à vitesse constante. Le sens de la force électromotrice induite et du courant dans l'enroulement rotorique est également opposé au sens de rotation du moteur, ce qui génère un couple négatif. Le moteur se comporte alors comme une génératrice et le système est en freinage régénératif. L'énergie cinétique du système d'entraînement est réinjectée dans le bus CC du convertisseur de fréquence, provoquant une augmentation continue de la tension du bus CC, pouvant atteindre un niveau dangereux (risque d'endommager le convertisseur de fréquence).
1. Aperçu de l'unité de freinage
L'unité de freinage, également appelée « unité de freinage à consommation d'énergie spécifique du convertisseur de fréquence » ou « unité de récupération d'énergie spécifique du convertisseur de fréquence », est principalement utilisée pour contrôler les situations impliquant de fortes charges mécaniques et des exigences de vitesse de freinage très élevées. Elle utilise l'énergie électrique régénérée par le moteur via la résistance de freinage ou la réinjecte dans le réseau électrique.
2. Fonctionnement de l'unité de freinage
En cas d'arrêt brutal du moteur électrique, de l'énergie est renvoyée au convertisseur de fréquence, ce qui provoque une surtension sur le bus CC et peut endommager l'IGBT. Un système de freinage est donc nécessaire pour absorber cette énergie et protéger le convertisseur de fréquence.
3. Méthode de freinage du convertisseur de fréquence
1. Freinage puissant.
Désigne la méthode utilisant la résistance de freinage placée dans le circuit CC pour absorber l'énergie régénérative du moteur.
2. Freinage par retour d'information.
Ciblant principalement les convertisseurs de fréquence de type courant ou les convertisseurs de fréquence de type tension avec onduleurs installés dans la section de redressement, l'énergie régénérée du moteur est réinjectée dans le réseau électrique alternatif.
3. Variateur multi-onduleurs avec bus CC partagé.
L'énergie récupérée par le moteur A est réinjectée dans le bus CC commun, puis consommée par le moteur B. Les variateurs multi-onduleurs avec bus CC partagé se déclinent en deux types : bus CC partagé équilibré et bus CC partagé à circuit partagé. Le bus CC partagé équilibré utilise des modules de connexion pour se raccorder au bus à circuit partagé. Ces modules comprennent des réacteurs, des fusibles et des contacteurs, dont la conception doit être adaptée à chaque application. Chaque convertisseur de fréquence est relativement indépendant et peut être connecté ou déconnecté du bus CC selon les besoins. Le bus CC partagé à circuit partagé, quant à lui, ne connecte que la partie onduleur au bus CC commun.
4. Freinage en courant continu.
Lorsque le convertisseur de fréquence applique un courant continu au stator du moteur, ce dernier entre en mode de freinage par consommation d'énergie. Dans ce cas, la fréquence de sortie du convertisseur est nulle et le champ magnétique du stator est immobile. Le rotor en rotation traverse ce champ magnétique statique et génère un couple de freinage. L'énergie cinétique stockée dans le système rotatif est convertie en énergie électrique et consommée dans le circuit rotorique du moteur électrique.
4. Fonction de la résistance de freinage
Lors de la diminution de la fréquence de fonctionnement, le moteur électrique entre en mode de freinage régénératif. L'énergie cinétique du système d'entraînement est alors réinjectée dans le circuit CC, ce qui provoque une augmentation continue de la tension continue UD, pouvant atteindre un niveau dangereux. Il est donc nécessaire de dissiper cette énergie régénérée afin de maintenir UD dans la plage admissible. La résistance de freinage remplit cette fonction.
Chaque convertisseur de fréquence possède une unité de freinage (la basse puissance est la résistance de freinage, la haute puissance est le transistor de puissance GTR et son circuit de commande), la basse puissance est intégrée et la haute puissance est externe.
5. Processus de freinage de l'unité de freinage et de la résistance de freinage
1. Lorsque le moteur électrique décélère sous l'effet d'une force extérieure, il fonctionne en mode générateur, produisant de l'énergie régénérative. La force électromotrice alternative triphasée ainsi générée est redressée par un pont redresseur triphasé entièrement commandé, composé de six diodes de roue libre, dans la section onduleur du convertisseur de fréquence. Ce pont redresseur augmente continuellement la tension du bus continu à l'intérieur du convertisseur.
2. Lorsque la tension continue atteint une certaine tension (la tension de démarrage de l'unité de freinage), le tube de l'interrupteur de puissance de l'unité de freinage s'ouvre et le courant circule à travers la résistance de freinage.
3. La résistance de freinage libère de la chaleur, absorbe l'énergie régénérative, réduit la vitesse du moteur et abaisse la tension du bus CC du convertisseur de fréquence.
4. Lorsque la tension du bus CC chute à un certain seuil (tension d'arrêt du dispositif de freinage), le transistor de puissance du dispositif de freinage se désactive. À ce moment-là, aucun courant de freinage ne circule dans la résistance, et celle-ci dissipe naturellement de la chaleur, réduisant ainsi sa température.
5. Lorsque la tension du bus CC remonte pour activer l'unité de freinage, celle-ci répétera le processus ci-dessus pour équilibrer la tension du bus et assurer le fonctionnement normal du système.