Comment les variateurs de fréquence modifient-ils la vitesse du moteur ?

Les entraînements à fréquence variable (VFD) sont utilisés pour contrôler la vitesse des moteurs à induction et synchrones. La complexité du contrôleur peut aller d'un simple panneau de commande à commande manuelle à un contrôleur logique programmable (PLC) plus sophistiqué qui peut automatiser le contrôle en fonction des entrées des variables du système telles que le débit, le niveau ou la pression.

Les moteurs à induction triphasés fonctionnant sur tension secteur ont des ondes sinusoïdales relativement douces avec une fréquence de 50 ou 60 hertz (Hz), selon l'emplacement. Pour les moteurs bipolaires, cela équivaut à une vitesse de pôle synchrone de 3 000 ou 3 600 tours par minute (tr/min). Sans VFD, la vitesse du moteur est relativement constante et change peu en fonction de la charge en raison du glissement du moteur. Avec un VFD, la tension et le courant injectés au moteur sont contrôlés en activant et en désactivant des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT). L'amplitude des valeurs de tension et de courant est contrôlée par la fréquence de commutation et les temps d'activation et de désactivation des IGBT. Cela signifie que plus les interrupteurs restent allumés longtemps par rapport au temps pendant lequel ils sont éteints, plus les valeurs de tension et de courant sont élevées.

La modulation de largeur d'impulsion (PWM) est une forme d'onde haute fréquence générée par les IGBT pour simuler une forme d'onde sinusoïdale vers le moteur. La fréquence de l'onde sinusoïdale peut être modifiée par le VFD, entraînant une modification de la vitesse du moteur. Le PWM est avantageux car la perte de puissance dans les dispositifs de commutation est faible, ce qui se traduit par des avantages en termes d'efficacité et d'énergie relativement élevés si l'on considère la puissance hydraulique réduite à des vitesses inférieures. Avec la mise sous et hors tension rapide de l'alimentation, la forme d'onde de puissance résultante se rapproche étroitement du courant et de la tension moyens qu'une source d'alimentation secteur fournirait normalement à un moteur (onde sinusoïdale). Reportez-vous à l'image 3.

Pour plus d'informations sur les VFD et la façon dont ils sont appliqués dans les applications de pompage, reportez-vous à « Entraînements à fréquence variable : directives d'application, d'installation et de dépannage » sur Pumps.org.

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