Régulation de fréquence d'un moteur asynchrone

Actuellement, le contrôle de la fréquence de la vitesse angulaire de rotation d'un entraînement électrique avec un moteur asynchrone est largement utilisé, car il permet dans une large plage de modifier en douceur la vitesse de rotation du rotor au-dessus et au-dessous de la valeur nominale.

Les convertisseurs de fréquence sont des appareils modernes de haute technologie avec une large plage de réglage qui disposent d'un ensemble complet de fonctions pour contrôler les moteurs asynchrones. La qualité et la fiabilité les plus élevées permettent de les utiliser dans diverses industries pour contrôler les entraînements de pompes, ventilateurs, convoyeurs, etc.

Les convertisseurs de fréquence pour la tension d'alimentation sont divisés en monophasés et triphasés, mais par conception, en machines électriques rotatives et statiques. Dans les convertisseurs de machines électriques, la fréquence variable est obtenue en utilisant des machines électriques conventionnelles ou spéciales. V convertisseurs de fréquence statiques la variation de la fréquence du courant d'alimentation est obtenue par l'utilisation d'éléments électriques immobiles.

Circuit convertisseur de fréquence d'un moteur à induction

Signal de sortie du convertisseur de fréquence

Les convertisseurs de fréquence pour réseaux monophasés peuvent assurer l'entraînement électrique des équipements de production avec une puissance allant jusqu'à 7,5 kW. Une caractéristique de la conception des convertisseurs monophasés modernes est qu'à l'entrée il y a une phase avec une tension de 220V, et à la sortie il y a trois phases avec la même valeur de tension, ce qui permet de connecter des moteurs électriques triphasés à un appareil sans utiliser de condensateurs.

Les convertisseurs de fréquence alimentés par le réseau triphasé 380V sont disponibles dans la gamme de puissance de 0,75 à 630 kW. Selon la valeur de puissance, les appareils sont fabriqués dans des boîtiers en polymère combiné et en métal.

La stratégie de contrôle la plus populaire pour les moteurs à induction est le contrôle vectoriel. Actuellement, la plupart des convertisseurs de fréquence implémentent un contrôle vectoriel ou même un contrôle vectoriel sans capteur (cette tendance se retrouve dans les convertisseurs de fréquence qui implémentent à l'origine un contrôle scalaire et ne disposent pas de bornes pour connecter un capteur de vitesse).

Selon le type de charge de sortie, les convertisseurs de fréquence sont subdivisés selon le type de mise en œuvre :

• pour les entraînements de pompes et de ventilateurs ;

• pour la propulsion électrique industrielle générale ;

• fonctionne dans le cadre de moteurs électriques fonctionnant avec surcharge.

Caractéristiques mécaniques des charges typiques

Les convertisseurs de fréquence modernes ont un ensemble diversifié de caractéristiques fonctionnelles, par exemple, ils ont un contrôle manuel et automatique de la vitesse et du sens de rotation du moteur, ainsi que potentiomètre intégré sur le panneau de commande.Doté de la possibilité de régler la plage de fréquence de sortie de 0 à 800 Hz.

Les convertisseurs sont capables de contrôler automatiquement un moteur asynchrone en fonction de signaux provenant de capteurs périphériques et de piloter un entraînement électrique selon un algorithme de synchronisation donné. Prend en charge les fonctions de récupération automatique en cas de panne de courant à court terme. Effectuez un contrôle transitoire à partir d'une console à distance et protégez les moteurs électriques contre les surcharges.

La relation entre la vitesse angulaire de rotation et la fréquence du courant d'alimentation découle de Eq

ωo = 2πe1/ p

Avec une tension d'alimentation constante U1 et un changement de fréquence, le flux magnétique du moteur à induction change. Dans le même temps, pour une meilleure utilisation du système magnétique, avec une diminution de la fréquence d'alimentation, il est nécessaire de réduire la tension proportionnellement, sinon le courant magnétisant et les pertes dans l'acier augmenteront considérablement.

De même, à mesure que la fréquence d'alimentation augmente, la tension doit augmenter proportionnellement pour maintenir le flux magnétique constant, car sinon (avec un couple d'arbre constant), cela entraînera une augmentation du courant du rotor, une surcharge de ses enroulements par le courant et une réduction du couple maximal.

La loi rationnelle de régulation de la tension dépend de la nature du moment résistant.

A un moment de charge statique constant (Ms = const), la tension doit être régulée proportionnellement à sa fréquence U1 / f1 = const. Pour la nature de la charge du ventilateur, le rapport prend la forme U1 / f21 = const.

Avec couple de charge inversement proportionnel à la vitesse U1 /√f1 = const.

Les figures ci-dessous présentent un schéma de raccordement simplifié et les caractéristiques mécaniques d'un moteur asynchrone avec asservissement en fréquence de la vitesse angulaire.

Schéma de connexion d'un convertisseur de fréquence à un moteur asynchrone

Caractéristiques pour une charge avec un moment de résistance statique constant

NSFeatures pour charger le ventilateur

Caractéristiques sous couple de charge statique inversement proportionnel à la vitesse angulaire de rotation

La régulation de fréquence de la vitesse d'un moteur asynchrone vous permet de modifier la vitesse angulaire de rotation dans la plage — 20 … 30 à 1. La régulation de la vitesse d'un moteur asynchrone à partir du moteur principal s'effectue pratiquement à zéro.

Lorsque la fréquence du réseau d'alimentation change, la limite supérieure de la vitesse de rotation d'un moteur asynchrone dépend de ses propriétés mécaniques, d'autant plus qu'à des fréquences supérieures à la valeur nominale, le moteur asynchrone fonctionne avec de meilleures caractéristiques énergétiques qu'à des fréquences plus basses. Par conséquent, si un réducteur est utilisé dans le système d'entraînement, ce contrôle de la fréquence du moteur doit être effectué non seulement vers le bas, mais également vers le haut à partir du point nominal, jusqu'à la vitesse de rotation maximale admissible dans les conditions de résistance mécanique de le rotor.

Lorsque le régime moteur dépasse la valeur indiquée dans son passeport, la fréquence de la source d'alimentation ne doit pas dépasser la valeur nominale de 1,5 à 2 fois au maximum.

La méthode de la fréquence est la plus prometteuse pour la régulation d'un moteur à induction à rotor à cage d'écureuil. Les pertes de puissance avec une telle régulation sont faibles, car elles ne s'accompagnent pas d'une augmentation de glissement… Les caractéristiques mécaniques qui en résultent sont très rigides.