Les fournisseurs d'équipements pour convertisseurs de fréquence rappellent que ces derniers sont aujourd'hui largement utilisés dans la production industrielle. Les équipements pilotés par convertisseurs de fréquence permettent de réaliser d'importantes économies d'énergie, ce qui explique leur popularité auprès de nombreux industriels.
Pour obtenir des fonctionnalités telles que le stationnement progressif, le démarrage progressif, la régulation de vitesse en continu ou des adaptations spécifiques à la vitesse, les moteurs asynchrones modernes nécessitent un dispositif de régulation de vitesse appelé convertisseur de fréquence. Le circuit principal de ce dispositif utilise une conversion AC-DC-AC avec une fréquence de fonctionnement de 0 à 400 Hz. La tension de sortie du convertisseur de fréquence universel basse tension est de 380 à 460 V et sa puissance de sortie de 0,37 à 400 kW.
Choisissez un convertisseur de fréquence raisonnable
Les problèmes rencontrés lors de l'utilisation de convertisseurs de fréquence, tels que les dysfonctionnements, les pannes d'équipement, etc., entraînant des arrêts de production et des pertes économiques inutiles, sont souvent dus à un choix et une installation inadéquats. Il est donc essentiel de choisir un convertisseur de fréquence économique et adapté aux conditions et exigences de production.
Le moteur, principal élément moteur du convertisseur de fréquence, doit être sélectionné en fonction de ses paramètres de fonctionnement lors du choix du type de convertisseur.
(1) Adaptation de tension : La tension nominale du convertisseur de fréquence correspond à la tension de charge du moteur.
(2) Adaptation du courant : La capacité du convertisseur de fréquence dépend du courant nominal continu qu'il fournit. Lors du choix d'un convertisseur de fréquence pour des moteurs nécessitant une régulation de vitesse, il est impératif de sélectionner un modèle dont le courant nominal continu est supérieur au courant nominal du moteur en fonctionnement nominal, avec une marge de sécurité. Pour les convertisseurs de fréquence classiques à plus de 4 pôles, le choix ne doit pas se baser sur la capacité du moteur, mais sur la norme de vérification du courant admissible par ce dernier. Même si la charge du moteur est relativement faible et que le courant est inférieur au courant nominal du convertisseur, ce dernier ne doit pas présenter une capacité trop faible par rapport à celle du moteur.
(3) Adaptation de capacité : En fonction des différentes caractéristiques de charge du moteur, les exigences de sélection de la capacité du convertisseur de fréquence sont différentes.
Méthode de commande du convertisseur de fréquence
Les principales méthodes de commande des convertisseurs de fréquence comprennent actuellement les suivantes.
(1) La première génération utilisait une commande U/f=C, également connue sous le nom de modulation de largeur d'impulsion sinusoïdale (SPWM). Ses caractéristiques comprennent une structure de circuit de commande simple, un faible coût, de bonnes propriétés mécaniques et une grande robustesse, permettant une régulation de vitesse fluide pour les transmissions courantes. Cependant, cette méthode de commande réduit le couple de sortie maximal aux basses fréquences en raison de la tension de sortie plus faible, ce qui entraîne une diminution de la stabilité à basse vitesse. Sans dispositif de rétroaction, le rapport de vitesse ni est inférieur à 1/40, et avec rétroaction, ni = 1/60. Cette méthode convient aux ventilateurs et pompes courants.
(2) La deuxième génération utilise la commande vectorielle spatiale de tension (méthode de la trajectoire du flux magnétique), également appelée commande SVPWM. Elle repose sur la génération simultanée de formes d'onde triphasées, générant ainsi des formes d'onde de modulation triphasées et les contrôlant par découpage de polygones pour obtenir des cercles approximatifs. Afin d'éliminer l'influence de la résistance du stator à basse vitesse, la tension et le courant de sortie sont bouclés pour améliorer la précision dynamique et la stabilité. Ses caractéristiques : absence de boucle de rétroaction, rapport de vitesse ni = 1/100, adaptée à la régulation de vitesse dans l'industrie générale.
(3) La troisième génération utilise la commande vectorielle (CV). La régulation de vitesse à fréquence variable par commande vectorielle assimile un moteur à courant alternatif à un moteur à courant continu, en contrôlant indépendamment la vitesse et le champ magnétique. En contrôlant le flux magnétique rotorique et en décomposant le courant statorique pour obtenir le couple et le champ magnétique, une commande orthogonale ou découplée peut être obtenue par transformation de coordonnées. Ses caractéristiques : rapport de vitesse ni = 1/100 sans rétroaction, ni = 1/1000 avec rétroaction, et couple de démarrage de 150 % à l’arrêt. Cette méthode est applicable à toutes les vitesses et, avec rétroaction, elle convient parfaitement à la commande de transmissions de haute précision.
(4) Méthode de commande directe du couple (DTC). La commande directe du couple (DTC) est un autre mode de commande de vitesse à fréquence variable haute performance, différent de la commande vectorielle (VC). Elle utilise des modèles de simulation de flux magnétique et de couple électromagnétique pour obtenir les données de flux magnétique et de couple, les compare à des valeurs de consigne afin de générer des signaux d'hystérésis, puis commande l'état de l'interrupteur par une logique de contrôle pour obtenir une commande de flux magnétique et de couple électromagnétique constante. Cette méthode ne nécessite pas d'imitation de la commande d'un moteur à courant continu et a été appliquée avec succès à la traction des locomotives électriques à courant alternatif. Ses caractéristiques : sans dispositif de rétroaction, le rapport de vitesse ni = 1/100 ; avec rétroaction, ni = 1/1000 ; le couple de démarrage peut atteindre 150 % à 200 % à l'arrêt. Elle est adaptée aux démarrages à forte puissance et aux charges importantes avec des fluctuations de couple constantes.
exigences relatives à l'environnement d'installation
(1) Température ambiante : La température ambiante du convertisseur de fréquence correspond à la température à proximité de sa section transversale. Les convertisseurs de fréquence étant principalement composés de dispositifs électroniques de puissance très sensibles aux variations de température, leur durée de vie et leur fiabilité en dépendent fortement, généralement entre -10 °C et +40 °C. Il convient également de prendre en compte la dissipation thermique du convertisseur lui-même et les conditions extrêmes pouvant survenir dans son environnement ; une marge de température est donc généralement requise.
(2) Humidité ambiante : Le convertisseur de fréquence nécessite une humidité relative ne dépassant pas 90 % dans son environnement (sans condensation sur la surface).
(3) Vibrations et chocs : Lors de l’installation et du fonctionnement du convertisseur de fréquence, il convient d’éviter les vibrations et les chocs. Il est important d’éviter les joints de soudure et les pièces internes desserrées, qui pourraient entraîner un mauvais contact électrique, voire des pannes graves telles que des courts-circuits. Par conséquent, l’accélération vibratoire du site d’installation doit généralement être limitée à moins de 0,6 g, et des mesures de résistance aux chocs, comme des amortisseurs en caoutchouc, peuvent être ajoutées à certains endroits.
(4) Emplacement d'installation : Le courant et la tension de sortie maximum admissibles du convertisseur de fréquence sont affectés par sa capacité de dissipation thermique. Lorsque l'altitude dépasse 1 000 m, la capacité de dissipation thermique du convertisseur de fréquence diminue ; il est donc généralement requis de l'installer à une altitude inférieure à 1 000 m.
(5) Les exigences générales pour le site d'installation du convertisseur de fréquence sont les suivantes : absence de corrosion, absence de gaz ou de liquides inflammables ou explosifs ; absence de poussière, de fibres flottantes et de particules métalliques ; éviter la lumière directe du soleil ; absence d'interférences électromagnétiques.
La recherche sur la régulation de vitesse à fréquence variable est actuellement le domaine le plus actif et le plus précieux en pratique dans le domaine de la transmission électrique. Le potentiel de l'industrie des convertisseurs de fréquence est immense, car cette technologie est largement utilisée dans des secteurs tels que la climatisation, les ascenseurs, la métallurgie et la construction mécanique. Les moteurs à vitesse variable et leurs convertisseurs de fréquence associés connaîtront un développement rapide.