Contrôle de la vitesse dans les moteurs électriques
Les convertisseurs de fréquence statique sont des dispositifs électroniques qui permettent de régler la vitesse des moteurs à induction à cage dans une large gamme grâce à l'alimentation à fréquence et tension variables qu'ils fournissent. Lorsqu'il est alimenté par un convertisseur de fréquence correctement conçu, un moteur à induction à cage peut être régulé en continu et pratiquement sans perte.
Dans les convertisseurs de fréquence, 2 méthodes différentes sont utilisées pour contrôler la tension du réseau arrivant au moteur par commutation ;
PAM (Modulation d'Amplitude d'Impulsion) et PWM (Modulation de Largeur d'Impulsion) fréquemment utilisée. La tension alternative arrivant au moteur est d'abord convertie en tension continue, puis la tension de sortie triphasée est créée en découpant la tension continue dans la méthode PWM et sans appliquer de découpage dans la méthode PAM.
Réglage de la vitesse des moteurs à induction à cage
Aujourd'hui, les moteurs à induction à cage, dont la vitesse est ajustée par des convertisseurs de fréquence, sont utilisés dans toutes sortes d'installations et d'équipements où l'automatisation est appliquée. Les principaux avantages de la régulation de vitesse sans perte sur une large gamme sont les économies d'énergie, l'amélioration des processus et de la qualité.
Les calculs et les mesures ont montré que les meilleures caractéristiques de fonctionnement dans les plages de vitesse rencontrées dans la pratique sont généralement obtenues avec des moteurs à induction à 4 pôles. Par conséquent, dans la pratique, ce nombre de pôles devrait être préféré. Toutefois, lorsque des vitesses très basses ou très élevées sont requises, d'autres numéros de pôles peuvent être choisis.
La tension nominale du moteur est normalement égale à la tension du réseau, de sorte qu'en cas de défaillance du convertisseur de fréquence, le moteur peut être alimenté directement par le réseau. Les moteurs à induction utilisés avec les convertisseurs de fréquence sont de construction standard, mais des moteurs spécialement conçus peuvent être nécessaires pour des puissances plus élevées. La caractéristique commune à tous les convertisseurs de fréquence est que les pertes du moteur augmentent par rapport à une alimentation directe à partir du réseau. En raison de cette augmentation due à la présence d'harmoniques dans la tension et le courant, un moteur à induction alimenté par un convertisseur de fréquence peut ne pas être en mesure de fournir sa puissance nominale.
En pratique, il convient de réduire la puissance nominale de 0 à 20 %, conformément à la recommandation de la CEI. Lors de la sélection du facteur de déclassement pour un moteur particulier, il convient de tenir compte de la réserve de température de ce moteur. (Voir CEI 60034-17 : Guide d'application pour les moteurs à induction à cage alimentés par un convertisseur de fréquence).
En raison du taux élevé d'augmentation de la tension et de la possibilité de tensions instantanées élevées, les systèmes d'isolation des moteurs à induction alimentés par le convertisseur de fréquence peuvent être plus sollicités que l'alimentation par le réseau. Cette augmentation de la déformation dépend de la fréquence du convertisseur de fréquence et de la longueur du câble entre le convertisseur de fréquence et le moteur, sans compter la réactance de fuite du moteur. Par conséquent, la longueur des câbles, les exigences en matière de filtres et, dans certains cas, l'utilisation de systèmes d'isolation spéciaux sont des questions qui doivent être examinées. Dans la pratique, la longueur du câble doit être la plus courte possible. Par conséquent, les moteurs à induction intégrés (connexion directe sans fil) avec convertisseurs de fréquence inclus dans le programme de fabrication Gamak sont recommandés pour les applications à vitesse variable.
Cette conception doit être évitée, en particulier pour les moteurs de grande taille, car la construction du rotor à double cage ou à rainures profondes entraîne des pertes harmoniques élevées. D'autres conceptions de cage peuvent être plus adaptées, car le moteur n'a pas besoin d'avoir un couple de démarrage élevé lorsqu'il est alimenté par un convertisseur de fréquence. Il convient toutefois de noter qu'en cas de panne du convertisseur de fréquence, le démarrage direct n'est pas garanti, notamment pour les entraînements à couple constant, puisque les moteurs à induction dotés de rotors à cage spéciaux seront alimentés directement par le réseau. D'autre part, un moteur à induction alimenté par un convertisseur de fréquence peut générer plus de bruit qu'une alimentation secteur en raison des harmoniques. Ce bruit peut être réduit par une conception adéquate du moteur et du convertisseur de fréquence.
Un autre effet de l'alimentation par le convertisseur de fréquence est que des tensions peuvent être induites dans l'arbre du moteur. Si ces tensions atteignent des valeurs importantes, les courants qui en résultent peuvent endommager les roulements et provoquer une défaillance prématurée. Bien que ce type de défaillance soit rarement rencontré, l'isolation peut être prévue par l'entraînement des roulements en termes de sécurité opérationnelle.
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