Convertisseur de fréquence: appareil, principe de fonctionnement, objectif

L'entraînement électrique étant l'une des principales méthodes de mécanisation de la production et des tâches ménagères, dans certains cas, il devient nécessaire d'ajuster la vitesse des moteurs électriques. Différentes solutions techniques sont utilisées selon leur type et leur principe de fonctionnement. L'un d'eux est un convertisseur de fréquence. Qu'est-ce que c'est et où le convertisseur de fréquence est utilisé, nous vous le dirons dans cet article.

Définition

Par définition, un convertisseur de fréquence est un convertisseur de puissance électronique permettant de modifier la fréquence d'un courant alternatif. Mais selon la version, à la fois le niveau de tension et le nombre de phases changent. Il se peut que vous ne compreniez pas très bien pourquoi un tel appareil est nécessaire, mais nous essaierons de vous en parler avec des mots simples.

La fréquence de rotation de l'arbre des moteurs synchrones et asynchrones (AM) dépend de la fréquence de rotation du flux magnétique du stator et est déterminée par la formule :

n = (60 * F / p) * (1-S),

où n est le nombre de tours de l'arbre IM, p est le nombre de paires de pôles, s est le glissement, f est la fréquence du courant alternatif (pour RF - 50 Hz).

En termes simples, la vitesse du rotor dépend de la fréquence et du nombre de paires de pôles. Le nombre de paires de pôles est déterminé par la conception des bobines de stator et la fréquence du courant dans le réseau est constante. Par conséquent, afin de réguler la vitesse, nous ne pouvons réguler la fréquence qu'à l'aide de convertisseurs.

Dispositif

Compte tenu de ce qui précède, nous formulerons à nouveau la réponse à la question de savoir ce que c'est :

Un convertisseur de fréquence est un dispositif électronique permettant de modifier la fréquence d'un courant alternatif, donc le nombre de tours du rotor d'une machine électrique à induction (et synchrone).

Vous pouvez voir la désignation graphique conventionnelle selon GOST 2.737-68 ci-dessous :

On l'appelle électronique car il est basé sur un circuit de commutation à semi-conducteur. Selon les caractéristiques fonctionnelles et le type de contrôle, le schéma électrique et l'algorithme de fonctionnement seront modifiés.

Dans le diagramme ci-dessous, vous pouvez voir comment fonctionne le convertisseur de fréquence :

Le principe de fonctionnement du convertisseur de fréquence est le suivant :

• La tension secteur est appliquée au redresseur 1 et devient pulsée redressée.
• Dans le bloc 2, les pulsations sont lissées et la composante réactive est partiellement compensée.
• Le bloc 3 est un groupe d'interrupteurs de puissance commandés par le système de commande (4) en utilisant la méthode de modulation de largeur d'impulsion (PWM). Cette conception permet d'obtenir en sortie une tension régulée PWM à deux niveaux qui, après lissage, se rapproche d'une forme sinusoïdale. Dans les modèles coûteux, un schéma à trois niveaux a trouvé une application, où plus de clés sont utilisées. Il vous permet d'obtenir une forme d'onde plus sinusoïdale. Des thyristors, des transistors à effet de champ ou des transistors IGBT peuvent être utilisés comme commutateurs à semi-conducteurs. Récemment, les deux derniers types sont les plus demandés et les plus populaires en raison de leur efficacité, de leurs faibles pertes et de leur facilité de gestion.
• À l'aide de PWM, le niveau de tension souhaité est formé, en termes simples - c'est ainsi qu'une sinusoïde est modulée, en allumant alternativement des paires de clés, formant tension de ligne.

Nous avons donc brièvement décrit le fonctionnement d'un convertisseur de fréquence pour moteur électrique et en quoi il consiste. Il est utilisé comme alimentation secondaire et ne contrôle pas seulement la forme du courant secteur, mais convertit son amplitude et sa fréquence en fonction des paramètres spécifiés.

Types de chastotniki et portée

Méthodes de contrôle

Le contrôle de la vitesse peut être effectué de différentes manières, à la fois par le réglage de la fréquence requise et par la régulation. Les tuners de fréquence sont divisés en deux types selon la méthode de contrôle :

1. Contrôle scalaire.
2. Avec contrôle vectoriel.

Les appareils du premier type régulent la fréquence selon une fonction U / F donnée, c'est-à-dire qu'avec la fréquence, la tension change également. Un exemple d'une telle dépendance de la tension sur la fréquence peut être vu ci-dessous.

Il peut être différent et programmé pour une charge spécifique, par exemple, sur les ventilateurs, il n'est pas linéaire, mais ressemble à une branche de parabole. Ce principe de fonctionnement maintient le flux magnétique dans l'entrefer entre le rotor et le stator presque constant.

Une caractéristique du contrôle scalaire est sa prévalence et sa relative facilité de mise en œuvre. Le plus souvent utilisé pour les pompes, les ventilateurs et les compresseurs. De tels fréquencemètres sont souvent utilisés s'il est nécessaire de maintenir une pression stable (ou autre paramètre), il peut s'agir de pompes submersibles pour puits, si l'on considère un usage domestique.

En production, le champ d'application est large, par exemple la régulation de la pression dans les mêmes canalisations et les performances des systèmes de ventilation automatique. La plage de contrôle est généralement de 1:10, en termes simples, la vitesse maximale peut différer du minimum de 10 fois. En raison des particularités de la mise en œuvre des algorithmes et des circuits, ces dispositifs sont généralement moins chers, ce qui constitue le principal avantage.

Désavantages:

• Support RPM pas trop précis.
• Réponse plus lente au changement de régime.
• Le plus souvent, il n'y a aucun moyen de contrôler le couple sur l'arbre.
• Avec une augmentation de la vitesse au-dessus du nominal, le couple sur l'arbre du moteur diminue (c'est-à-dire lorsque nous élevons la fréquence au-dessus du nominal 50 Hz).

Cette dernière est due au fait que la tension de sortie dépend de la fréquence, à la fréquence nominale, la tension est égal au réseau, et au-dessus du convertisseur de fréquence "ne sait pas comment", sur le graphique, vous pouvez voir une partie égale du diagramme après 50 Hz. Il est à noter que la dépendance du couple à la fréquence, elle chute selon la loi 1/f, est représentée dans le graphique ci-dessous en rouge, et la dépendance de la puissance à la fréquence en bleu.

Les convertisseurs de fréquence à commande vectorielle ont un principe de fonctionnement différent, ici non seulement la tension correspond à la courbe U/f. Les caractéristiques de la tension de sortie sont modifiées en fonction des signaux des capteurs, de sorte qu'un certain couple est maintenu sur l'arbre. Mais pourquoi avons-nous besoin de ce genre de contrôle? Un réglage plus précis et plus rapide sont les caractéristiques d'un convertisseur de fréquence à commande vectorielle. Ceci est important dans de tels mécanismes, où le principe d'action est associé à un changement brusque de la charge et du couple sur l'organe exécutif.

Une telle charge est typique des tours et autres types de machines-outils, y compris CNC. Précision de régulation jusqu'à 1,5%, plage de réglage - 1: 100, pour une plus grande précision avec les capteurs de vitesse, etc. - 0,2% et 1: 10000, respectivement.

Il y a un avis sur les forums qu'aujourd'hui la différence de prix entre les variateurs de fréquence vectoriels et scalaires est inférieure à était plus tôt (15-35% selon le fabricant), et la principale différence est plus de firmware que circuits. Notez également que la plupart des modèles vectoriels prennent également en charge le contrôle scalaire.

Avantages :

• grande stabilité et précision;
• réponse plus rapide aux changements de charge et couple élevé à basse vitesse;
• plage de régulation plus large.

Le principal inconvénient est qu'il est plus cher que les scalaires.

Dans les deux cas, la fréquence peut être réglée manuellement ou par des capteurs, par exemple un capteur de pression ou un débitmètre (dans le cas des pompes), un potentiomètre ou un encodeur.

Tous ou presque tous les convertisseurs de fréquence ont une fonction de démarrage progressif du moteur, ce qui facilite le démarrage des moteurs à partir de générateurs de secours avec peu ou pas de risque de surcharge.

Nombre de phases

En plus des méthodes de réponse, les convertisseurs de fréquence diffèrent également par le nombre de phases à l'entrée et à la sortie. C'est ainsi que l'on distingue les convertisseurs de fréquence avec entrée monophasée et triphasée.

Dans le même temps, la plupart des modèles triphasés peuvent être alimentés à partir d'une seule phase, mais avec cette application, leur puissance est réduite à 30-50%. Cela est dû à la charge de courant admissible sur les diodes et autres éléments de puissance du circuit. Les modèles monophasés sont disponibles dans une plage de puissance allant jusqu'à 3 kW.

Important! Veuillez noter qu'avec un raccordement monophasé avec une tension à l'entrée de 220V, il y aura une sortie de 3 phases à 220V, et non à 380V. C'est-à-dire que la sortie linéaire sera exactement de 220V, en bref. À cet égard, les moteurs courants avec des enroulements conçus pour des tensions de 380 / 220V doivent être connectés en triangle et ceux qui sont à 127 / 220V - en étoile.

Sur le réseau, vous pouvez trouver de nombreuses offres du type "convertisseur de fréquence 220 à 380" - il s'agit dans la plupart des cas de marketing, les vendeurs appellent tout triphasé "380V".

Pour obtenir du vrai 380V à partir d'une phase, vous devez soit utiliser un transformateur 220/380 monophasé (si l'entrée du convertisseur de fréquence conçu pour une telle tension), ou utilisez un convertisseur de fréquence spécialisé avec une entrée monophasée et 380V triphasé sortir.

Un type distinct et plus rare de convertisseurs de fréquence sont les convertisseurs de fréquence monophasés avec une sortie 220 monophasée. Ils sont conçus pour commander des moteurs monophasés à démarrage par condensateur. Des exemples de tels dispositifs sont :

• ERMAN ER-G-220-01
• IDD INNOVERT

Diagramme de connexion

En réalité, afin d'obtenir une sortie triphasée d'un convertisseur de fréquence 380V, vous devez connecter 3 phases de 380V à l'entrée :

La connexion du variateur de fréquence à une phase est la même, à l'exception de la connexion des fils d'alimentation :

Un convertisseur de fréquence monophasé pour un moteur avec un condensateur (pompe ou ventilateur de faible puissance) est connecté comme suit :

Comme vous pouvez le voir sur les schémas, en plus des fils d'alimentation et des fils du moteur, le variateur de fréquence a d'autres bornes, à eux capteurs, boutons du panneau de commande à distance, bus de connexion à un ordinateur (le plus souvent de la norme RS-485) et autre. Cela permet de contrôler le moteur à l'aide de fils de signal fins, ce qui permet de retirer le convertisseur de fréquence du panneau électrique.

Les variateurs de fréquence sont des dispositifs universels dont le but est non seulement de régler la vitesse, mais également de protéger le moteur électrique des modes de fonctionnement et de l'alimentation incorrects, ainsi que des surcharges. En plus de la fonction principale, les appareils mettent en œuvre un démarrage en douceur des entraînements, ce qui réduit l'usure des équipements et la charge sur le réseau électrique. Le principe de fonctionnement et la profondeur de réglage des paramètres de la plupart des convertisseurs de fréquence vous permettent d'économiser de l'énergie lorsque contrôle des pompes (auparavant, le contrôle n'était pas effectué au détriment des performances de la pompe, mais à l'aide de vannes) et d'autres équipement.

C'est ici que nous terminons notre examen de la question. Nous espérons qu'après avoir lu l'article, vous aurez compris ce qu'est un convertisseur de fréquence et à quoi il sert. Enfin, nous vous recommandons de regarder une vidéo utile sur le sujet :

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