Il est important de connaître le fonctionnement des VFD ou des variateurs de fréquence (VFD), car ils sont largement utilisés dans les applications à moteur à courant alternatif, comme variateur de fréquence pour la commande du moteur , en raison de leurs caractéristiques variées.
Entraînements à fréquence variable
Comparé aux entraînements de moteur conventionnels, le VFD a de meilleures fonctionnalités et capacités de fonctionnement. En plus du contrôle de vitesse réglable, les variateurs de fréquence offrent des protections telles que la protection de phase, de sous-tension et de surtension. Le logiciel et les options d’interfaçage des VFD permettent à l’utilisateur de contrôler les moteurs aux niveaux souhaités.
Qu'est-ce que l'entraînement à fréquence variable (VFD)
La vitesse du moteur à courant alternatif est contrôlée de deux façons - soit en contrôlant la tension ou la fréquence. Le contrôle de fréquence donne un meilleur contrôle en raison de la densité de flux constante que le contrôle de la tension. C'est là que le fonctionnement des VFD entre en jeu. C'est un dispositif de conversion de puissance qui convertit la tension fixe, la fréquence fixe de la puissance d'entrée en tension variable, la sortie à fréquence variable pour contrôler les moteurs à induction AC.
Il se compose de dispositifs électroniques de puissance (comme IGBT, MOSFET), d'une unité de commande centrale haute vitesse (comme un microprocesseur, DSP) et de dispositifs de détection optionnels en fonction de l'application utilisée.
La plupart des applications industrielles nécessitent des vitesses variables dans des conditions de charge de pointe et des vitesses constantes dans des conditions de fonctionnement normales. Le fonctionnement en boucle fermée des VFD maintient la vitesse du moteur à un niveau constant, même en cas de perturbations d'entrée et de charge.
Fonctionnement des VFD
Les deux principales caractéristiques du variateur de fréquence sont les vitesses réglables et les capacités de démarrage / arrêt progressif. Ces deux caractéristiques font du VFD un contrôleur puissant pour contrôler les moteurs à courant alternatif. Le VFD se compose principalement de quatre sections: redresseur, liaison CC intermédiaire, onduleur et circuit de commande.
Fonctionnement des VFD
Redresseur:
C'est le premier étage d'un variateur de fréquence. Il convertit le courant alternatif provenant du secteur en courant continu. Cette section peut être unidirectionnelle ou bidirectionnelle en fonction de l'application utilisée comme le fonctionnement à quatre quadrants du moteur. Il utilise des diodes, des SCR, des transistors et d'autres dispositifs de commutation électroniques.
S'il utilise des diodes, la puissance CC convertie est une sortie incontrôlée tout en utilisant le SCR, la puissance de sortie CC est modifiée par la commande de porte. Un minimum de six diodes est nécessaire pour la conversion triphasée, le redresseur est donc considéré comme un convertisseur à six impulsions.
Bus CC:
L'alimentation CC de la section redresseur est fournie au circuit intermédiaire. Cette section se compose de condensateurs et d'inductances pour lisser contre les ondulations et stocker l'alimentation CC. La fonction principale de la liaison CC est de recevoir, stocker et fournir une alimentation CC.
Onduleur:
Cette section comprend des commutateurs électroniques comme des transistors, des thyristors, des IGBT, etc. Elle reçoit du courant continu de la liaison CC et se convertit en courant alternatif qui est fourni au moteur. Il utilise techniques de modulation aimer modulation de largeur d'impulsion pour faire varier la fréquence de sortie pour contrôler la vitesse du moteur à induction.
Circuit de contrôle:
Il se compose d'une unité de microprocesseur et exécute diverses fonctions telles que le contrôle, la configuration des paramètres du variateur, les conditions de défaut et interface de protocoles de communication . Il reçoit un signal de retour du moteur comme référence de vitesse actuelle et régule en conséquence le rapport de la tension à la fréquence pour contrôler la vitesse du moteur.
Application d'implémentation VFD
Application d'implémentation VFD
Le VFD peut également être mis en œuvre par le circuit microcontrôleur qui est donné ci-dessous. Semblable à VFD, il comprend également une section redresseur, un filtrage, puis une section onduleur. Ici, la section de l'onduleur reçoit les impulsions de déclenchement du microcontrôleur programmé pour donner une tension et une fréquence variables à la charge. Ce projet est appelé une phase unique vers convertisseur triphasé en utilisant SVPWM pour contrôler la tension et la fréquence CA sur la charge
Application de VFD
L'application de VFD est contrôle de la vitesse du moteur à courant alternatif par convertisseurs cyclo .
L'alimentation du secteur est fournie au circuit redresseur qui convertit le courant alternatif fixe en courant continu fixe. Les convertisseurs à trois branches se composent de deux diodes connectées en parallèle pour chaque phase, de sorte que l'une des diodes conduit lorsque la phase particulière est comparativement plus positive ou négative.
Application de VFD
La tension continue pulsée générée par le redresseur est appliquée au circuit de liaison CC. Ce circuit intermédiaire comprend des inductances et des condensateurs. Il filtre le courant continu pulsé en réduisant le contenu d'ondulation et donne au courant continu un niveau constant.
Pour fournir une tension et une fréquence variables au moteur, l'alimentation CC de la liaison CC doit être convertie en CA variable par l'onduleur. L'onduleur se compose d'IGBT en tant que dispositifs de commutation contrôlés par la technique PWM.
Semblable au circuit redresseur, les commutateurs inverseurs appartiennent également à deux groupes positifs et négatifs. L'IGBT côté positif est responsable de l'impulsion positive et l'IGBT côté négatif d'une impulsion négative à la sortie de l'onduleur. Ainsi, la sortie obtenue est un courant alternatif qui est appliqué au moteur.
La variation de la période de commutation régule simultanément la tension et la fréquence dans l'onduleur. Le VFD moderne utilise les dernières techniques de contrôle telles que les commandes scalaires, vectorielles et de couple direct, pour contrôler les commutateurs de l'onduleur afin d'obtenir la puissance variable.
Formes d'onde de sortie de VFD
La figure ci-dessus montre comment la tension et la fréquence sont modifiées par un variateur de fréquence. Par exemple, une alimentation CA 480V, 60Hz est appliquée au VFD qui fait varier la tension et la fréquence du signal pour avoir le contrôle de la vitesse.
Lorsque la fréquence diminue, la vitesse du moteur diminue également. Sur la figure ci-dessus, la puissance moyenne appliquée au moteur diminue tout en diminuant à la fois la tension et la fréquence, à condition que le rapport de ces deux paramètres soit constant.
Avantages de VFD
VFD connecté au moteur
Les variateurs de fréquence offrent non seulement des vitesses réglables pour des applications de contrôle précises et précises, mais présentent également plus d'avantages en termes de contrôle de processus et conservation d'énergie . Certains d'entre eux sont donnés ci-dessous.
Économie d'énergie
Plus de 65% de la puissance est consommée par les moteurs électriques dans les industries. La technique de contrôle de l'amplitude et de la fréquence pour faire varier la vitesse consomme moins d'énergie lorsque la vitesse variable est requise par le moteur. Ainsi, une grande quantité d'énergie est conservée par ces VFD.
Contrôle en boucle fermée
Le VFD permet un positionnement précis de la vitesse du moteur en comparant en permanence avec la vitesse de référence même en cas de changement des conditions de charge et de perturbations d'entrée telles que les fluctuations de tension.
• Limite le courant de démarrage
Le moteur à induction tire un courant qui est de 6 à 8 fois le courant nominal au démarrage. Par rapport aux démarreurs conventionnels, les VFD donnent de meilleurs résultats car ils fournissent une basse fréquence au moment du démarrage. En raison de la basse fréquence, le moteur consomme moins de courant et ce courant ne dépasse jamais sa valeur nominale au démarrage et en fonctionnement.
• Un fonctionnement en douceur
Il offre des opérations en douceur au démarrage et à l'arrêt et réduit également les contraintes thermiques et mécaniques sur les moteurs et les transmissions par courroie.
Facteur de puissance élevé
Le circuit de correction du facteur de puissance intégré dans la liaison CC du VFD réduit le besoin de dispositifs de correction du facteur de puissance supplémentaires.
Le facteur de puissance du moteur à induction est très faible pour les applications particulièrement à vide, tandis qu'à pleine charge, il est de 0,88 à 0,9. Un faible facteur de puissance entraîne une mauvaise utilisation de la puissance en raison de pertes réactives élevées.
Installation facile
Les VFD préprogrammés et câblés en usine offrent un moyen simple de connexion et de maintenance.
J'espère que notre article vous a fourni des connaissances précises et complètes sur le fonctionnement des VFD. Merci d'avoir consacré votre temps précieux. Nous avons une tâche simple pour vous - Quels sont les différents types de VFD? Veuillez donner vos réponses dans la section commentaires ci-dessous. Si vous avez des questions à ce sujet ou sur les projets électroniques Vous pouvez également partager vos avis et suggestions concernant cet article dans la section commentaires ci-dessous.
Crédits photo
Entraînements à fréquence variable par emaincre
Composants de base de VFD par Conception de la machine
Fonctionnement de VFD par cfnewsads
Sorties des formes d'onde de VFD par vfds
VFD connecté au moteur par cfnewsads
