Le contrôle VFD permet d'utiliser un convertisseur spécial pour modifier de manière flexible les modes de fonctionnement du moteur électrique: démarrer, arrêter, accélérer, freiner, modifier la vitesse de rotation.
La modification de la fréquence de la tension d'alimentation entraîne une modification de la vitesse angulaire du champ magnétique du stator. Lorsque la fréquence diminue, la vitesse du moteur diminue et le glissement augmente.
Le principe de fonctionnement du convertisseur de fréquence d'entraînement
Le principal inconvénient des moteurs asynchrones est la complexité du contrôle de la vitesse de manière traditionnelle: en modifiant la tension d'alimentation et en introduisant des résistances supplémentaires dans le circuit d'enroulement. Plus parfait est le variateur de fréquence du moteur électrique. Jusqu'à récemment, les convertisseurs étaient chers, mais l'avènement des transistors IGBT et des systèmes de contrôle par microprocesseur a permis aux fabricants étrangers de créer des appareils abordables. Plusparfait maintenant sont les convertisseurs de fréquence statiques.
Vitesse angulaire du champ magnétique du stator ω0 change proportionnellement à la fréquence ƒ1 selon la formule:
ω0=2π׃1/p, où p est le nombre de paires de pôles.
La méthode permet un contrôle de la vitesse en douceur. Dans ce cas, la vitesse de glissement du moteur n'augmente pas.
Pour obtenir des performances énergétiques élevées du moteur - efficacité, facteur de puissance et capacité de surcharge, ainsi que la fréquence, modifiez la tension d'alimentation en fonction de certaines dépendances:
- couple de charge constant – U1/ ƒ1=const;
- caractère éventail du moment de chargement - U1/ ƒ12=const;
- Couple de charge inversement proportionnel à la vitesse - U1/√ ƒ1=const.
Ces fonctions sont mises en œuvre à l'aide d'un convertisseur qui modifie simultanément la fréquence et la tension sur le stator du moteur. L'électricité est économisée grâce à la régulation utilisant le paramètre technologique nécessaire: pression de la pompe, performances du ventilateur, vitesse d'alimentation de la machine, etc. Dans ce cas, les paramètres changent en douceur.
Méthodes de contrôle de fréquence des moteurs électriques asynchrones et synchrones
Dans un entraînement commandé en fréquence basé sur des moteurs asynchrones avec un rotor à cage d'écureuil, deux méthodes de contrôle sont utilisées - scalaire et vectorielle. Dans le premier cas, ils changent simultanémentl'amplitude et la fréquence de la tension d'alimentation.
Ceci est nécessaire pour maintenir les performances du moteur, le plus souvent un rapport constant entre son couple maximal et le moment de résistance sur l'arbre. Par conséquent, le rendement et le facteur de puissance restent inchangés sur toute la plage de rotation.
La régulation vectorielle consiste en la modification simultanée de l'amplitude et de la phase du courant sur le stator.
Le variateur de fréquence du moteur de type synchrone ne fonctionne qu'à de petites charges, dont la croissance dépasse les valeurs admissibles, le synchronisme peut être rompu.
Avantages du variateur de fréquence
Le contrôle de la fréquence présente de nombreux avantages par rapport aux autres méthodes.
- Automatisation du moteur et des processus de production.
- Démarrage en douceur qui élimine les erreurs typiques qui se produisent lors de l'accélération du moteur. Améliorer la fiabilité du variateur de fréquence et des équipements en réduisant les surcharges.
- Améliorer l'économie et les performances globales du disque.
- Création d'une vitesse constante du moteur électrique quelle que soit la nature de la charge, ce qui est important lors des transitoires. L'utilisation de la rétroaction permet de maintenir une vitesse de moteur constante sous diverses influences perturbatrices, en particulier sous des charges variables.
- Les convertisseurs s'intègrent facilement dans les systèmes techniques existants sans modification significative ni arrêt des processus technologiques. La plage de puissance est large, mais avec leur augmentationles prix augmentent considérablement.
- La possibilité d'abandonner les variateurs, les boîtes de vitesses, les accélérateurs et autres équipements de contrôle ou d'élargir la gamme de leurs applications. Il en résulte d'importantes économies d'énergie.
- Élimination des effets néfastes des transitoires sur les équipements de process, comme les coups de bélier ou l'augmentation de la pression du fluide dans les canalisations tout en réduisant sa consommation la nuit.
Défauts
Comme tous les onduleurs, chastotniki sont des sources d'interférences. Ils doivent installer des filtres.
Le coût des marques est élevé. Il augmente considérablement avec une augmentation de la puissance des appareils.
Réglage de la fréquence pour le transport de liquides
Dans les installations où l'eau et d'autres liquides sont pompés, le contrôle du débit se fait principalement à l'aide de vannes et de vannes. Actuellement, une voie prometteuse est l'utilisation d'un variateur de fréquence d'une pompe ou d'un ventilateur qui met leurs pales en mouvement.
L'utilisation d'un convertisseur de fréquence comme alternative au papillon des gaz permet d'économiser jusqu'à 75 % d'énergie. La vanne, retenant le flux de fluide, n'effectue pas de travail utile. Dans le même temps, la perte d'énergie et de matière pour son transport augmente.
Le variateur de fréquence permet de maintenir une pression constante au consommateur lorsque le débit du fluide change. À partir du capteur de pression, un signal est envoyé à l'entraînement, qui modifie le régime moteur et le régule ainsitours, en maintenant le débit réglé.
Les unités de pompage sont contrôlées en modifiant leurs performances. La consommation d'énergie de la pompe est dans la dépendance cubique de la performance ou de la vitesse de rotation de la roue. Si la vitesse est réduite de 2 fois, les performances de la pompe chuteront de 8 fois. La présence d'un programme quotidien de consommation d'eau vous permet de déterminer les économies d'énergie pour cette période, si vous contrôlez le variateur de fréquence. Grâce à cela, il est possible d'automatiser la station de pompage et d'optimiser ainsi la pression de l'eau dans les réseaux.
Fonctionnement des systèmes de ventilation et de climatisation
Le débit d'air maximal dans les systèmes de ventilation n'est pas toujours nécessaire. Les conditions de fonctionnement peuvent nécessiter une réduction des performances. Traditionnellement, l'étranglement est utilisé pour cela, lorsque la vitesse de la roue reste constante. Il est plus pratique de modifier le débit d'air en raison de l'entraînement à fréquence contrôlée, lorsque les conditions saisonnières et climatiques changent, la libération de chaleur, d'humidité, de vapeurs et de gaz nocifs.
Les économies d'énergie dans les systèmes de ventilation et de climatisation ne sont pas inférieures à celles des stations de pompage, car la consommation d'énergie de la rotation de l'arbre est dans la dépendance cubique des révolutions.
Dispositif convertisseur de fréquence
Le variateur de fréquence moderne est organisé selon le schéma du double convertisseur. Il se compose d'un redresseur et d'un inverseur d'impulsions avec un système de contrôle.
Aprèsredressant la tension du secteur, le signal est lissé par un filtre et envoyé à un onduleur à six interrupteurs à transistors, chacun d'eux étant connecté aux enroulements du stator d'un moteur électrique asynchrone. L'unité convertit le signal redressé en un signal triphasé de la fréquence et de l'amplitude requises. Les IGBT de puissance dans les étages de sortie ont une fréquence de commutation élevée et fournissent une onde carrée nette et sans distorsion. En raison des propriétés de filtrage des enroulements du moteur, la forme de la courbe de courant à leur sortie reste sinusoïdale.
Méthodes de contrôle de l'amplitude du signal
La tension de sortie est régulée par deux méthodes:
- Amplitude - changement de la valeur de tension.
- La modulation de largeur d'impulsion est une méthode de conversion d'un signal pulsé, dans lequel sa durée change, mais la fréquence reste inchangée. Ici, la puissance dépend de la largeur d'impulsion.
La deuxième méthode est utilisée le plus souvent dans le cadre du développement de la technologie des microprocesseurs. Les onduleurs modernes sont fabriqués à l'aide de transistors de désactivation GTO ou IGBT.
Capacité et application des convertisseurs
Le variateur de fréquence offre de nombreuses possibilités.
- Régler la fréquence de la tension d'alimentation triphasée de zéro à 400 Hz.
- Accélération ou décélération du moteur électrique de 0,01 sec. jusqu'à 50 minutes. selon une loi du temps donnée (généralement linéaire). Pendant l'accélération, non seulement une diminution, mais aussi une augmentation jusqu'à 150 % des couples dynamiques et de démarrage est possible.
- Inverser le moteur avec les modes de freinage et d'accélération donnés jusqu'à la position souhaitéevitesse dans l'autre sens.
- Les onduleurs disposent d'une protection électronique configurable contre les courts-circuits, les surcharges, les fuites à la terre et les lignes d'alimentation moteur ouvertes.
- Les afficheurs numériques des convertisseurs affichent des données sur leurs paramètres: fréquence, tension d'alimentation, vitesse, courant, etc.
- Les caractéristiques V/f sont réglées dans les convertisseurs en fonction des charges de moteur requises. Les fonctions des systèmes de contrôle basés sur eux sont assurées par des contrôleurs intégrés.
- Pour les basses fréquences, il est important d'utiliser le contrôle vectoriel, qui permet de travailler avec tout le couple du moteur, de maintenir une vitesse constante lorsque les charges changent et de contrôler le couple sur l'arbre. Le variateur de fréquence fonctionne bien avec la saisie correcte des données du passeport moteur et après des tests réussis. Produits connus de HYUNDAI, Sanyu, etc.
Les domaines d'application des convertisseurs sont les suivants:
- pompes dans les installations d'eau chaude et froide et de chauffage;
- pompes à lisier, à sable et à lisier des concentrateurs;
- systèmes de transport: convoyeurs, tables à rouleaux et autres moyens;
- mélangeurs, broyeurs, concasseurs, extrudeuses, doseurs, alimentateurs;
- centrifugeuses;
- ascenseurs;
- équipement métallurgique;
- équipement de forage;
- entraînements électriques de machines-outils;
- équipements pour excavatrices et grues, mécanismes de manipulation.
Fabricants de convertisseurs de fréquence, avis
Le fabricant national a déjà commencé à fabriquer des produits adaptés aux utilisateurs en termes de qualité et de prix. L'avantage est la possibilité d'obtenir rapidement le bon appareil, ainsi que des conseils détaillés sur la configuration.
La société "Effective systems" fabrique des produits en série et des lots pilotes d'équipements. Les produits sont utilisés pour un usage domestique, dans les petites entreprises et dans l'industrie. Le fabricant Vesper produit sept séries de convertisseurs, parmi lesquels des convertisseurs multifonctions adaptés à la plupart des mécanismes industriels.
La société danoise Danfoss est le leader dans la production de chastotnikov. Ses produits sont utilisés dans les systèmes de ventilation, de climatisation, d'approvisionnement en eau et de chauffage. La société finlandaise Vacon, qui fait partie de la société danoise, produit des conceptions modulaires à partir desquelles vous pouvez assembler les appareils nécessaires sans pièces inutiles, ce qui permet d'économiser sur les composants. On connaît également les convertisseurs de la société internationale ABB, utilisés dans l'industrie et dans la vie quotidienne.
À en juger par les critiques, les convertisseurs domestiques bon marché peuvent être utilisés pour résoudre des problèmes typiques simples, tandis que les problèmes complexes nécessitent une marque avec beaucoup plus de paramètres.
Conclusion
Le variateur de fréquence contrôle le moteur électrique en modifiant la fréquence et l'amplitude de la tension d'alimentation, tout en le protégeant des dysfonctionnements: surcharges, courts-circuits, coupures du réseau d'alimentation. De tels actionneurs électriques remplissent trois fonctions principales,liées à l'accélération, à la décélération et à la vitesse du moteur. Cela améliore l'efficacité des équipements dans de nombreux domaines technologiques.
