Le principe de fonctionnement du convertisseur de fréquence et les critères de sélection pour l'utilisateur

Une brève description de l'objectif, du principe de fonctionnement et des critères de sélection d'un convertisseur de fréquence en tant que dispositif de commande pour un moteur électrique asynchrone.

Moteur à induction à cage d'écureuil aujourd'hui, c'est l'appareil le plus massif et le plus fiable pour contrôler diverses machines et mécanismes. Mais chaque médaille a un revers.

Les deux principaux inconvénients du moteur à induction sont l'impossibilité de simples contrôle de la vitesse du rotor, très grand courant de démarrage - cinq, sept fois le nominal. Si seuls des dispositifs de commande mécaniques sont utilisés, ces inconvénients conduisent à des pertes d'énergie importantes et à des charges mécaniques de choc. Cela a un effet extrêmement négatif sur la durée de vie de l'équipement.

Convertisseur de fréquence

À la suite de recherches dans ce sens, une nouvelle classe d'appareils est née, ce qui permet de résoudre ces problèmes non pas mécaniquement, mais électroniquement.

Convertisseur de fréquence avec contrôle de largeur d'impulsion (PE avec PWM) réduit les courants d'appel de 4 à 5 fois. Il assure un démarrage en douceur du moteur asynchrone et pilote le variateur selon un rapport tension/fréquence donné.

Le convertisseur de fréquence permet d'économiser jusqu'à 50 % d'énergie. Il devient possible de permettre un retour d'information entre appareils voisins, c'est-à-dire équipement auto-ajustable pour la tâche et modifiant les conditions de fonctionnement de l'ensemble du système.

Le principe de fonctionnement du convertisseur de fréquence

Le convertisseur de fréquence PWM est onduleur à double conversion… La tension secteur 220 ou 380 V est d'abord redressée par le pont de diodes d'entrée, puis elle est lissée et filtrée à l'aide de condensateurs.

C'est la première étape de transformation. Au deuxième étage, à tension constante, à l'aide de microcircuits de contrôle et d'un pont de sortie Commutateurs IGBT, une séquence PWM avec une certaine fréquence et un certain rapport cyclique est formée. À la sortie du convertisseur de fréquence, des paquets d'impulsions rectangulaires sont émis, mais en raison de l'inductance des enroulements du stator du moteur à induction, ils sont intégrés et se transforment finalement en une tension proche d'une sinusoïde.

Caractéristiques mécaniques d'un moteur électrique asynchrone à régulation de fréquence de vitesse : a — schéma de raccordement ; b — caractéristiques pour une charge avec un moment de résistance statique constant ; c — caractéristiques de charge du ventilateur ; d — caractéristiques de couple de charge statique, inversement proportionnelles à la vitesse angulaire de rotation.

Un circuit typique pour allumer un convertisseur de fréquence Un exemple de connexion de lignes électriques (câbles) dans un circuit convertisseur de fréquence

Critères de sélection des convertisseurs de fréquence

Sélection des fonctionnalités Chaque fabricant essaie d'obtenir un avantage concurrentiel sur le marché. La première règle de base pour augmenter les ventes est un prix bas. Par conséquent, le fabricant s'efforce de n'inclure que les fonctions nécessaires dans son produit. Et le reste est proposé en option. Avant d'acheter un convertisseur de fréquence, déterminez les fonctionnalités dont vous avez besoin. Il vaut la peine de choisir l'appareil qui possède la plupart des fonctions nécessaires dans la version de base.

Par la méthode de contrôle

Jetez immédiatement les convertisseurs qui ne conviennent pas en termes de puissance, de type de performance, de capacité de surcharge, etc. Selon le type de gestion, vous devez décider quoi choisir, commande scalaire ou vectorielle.

La plupart des convertisseurs de fréquence modernes implémentent le contrôle vectoriel, mais ces convertisseurs de fréquence sont plus chers que les convertisseurs de fréquence scalaires.

Le contrôle vectoriel permet un contrôle plus précis en réduisant l'erreur statique. Le mode scalaire ne prend en charge qu'un rapport constant entre la tension de sortie et la fréquence de sortie, mais pour les ventilateurs, par exemple, c'est tout à fait suffisant.

Depuis sa création, le contrôle vectoriel est devenu une stratégie de contrôle extrêmement populaire pour les moteurs à induction. 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).

Le principe de base de la commande vectorielle consiste en une régulation indépendante séparée du courant magnétisant du moteur et du courant de quadrature, auquel le couple mécanique de l'arbre est proportionnel. Le courant magnétisant détermine la valeur de la liaison à flux nul du rotor et est maintenu constant.

Lorsque la vitesse se stabilise, la consigne de courant en quadrature est générée à l'aide d'un contrôleur PI séparé dont l'entrée est l'écart entre la vitesse moteur souhaitée et mesurée. Ainsi, le courant en quadrature est toujours réglé au niveau minimum de manière à fournir un couple mécanique suffisant pour maintenir la vitesse de consigne. Par conséquent, la lutte antivectorielle a une efficacité énergétique élevée.

Par le pouvoir

Si la puissance de l'équipement est approximativement la même, choisissez des convertisseurs de la même entreprise avec une capacité en fonction de la puissance de la charge maximale. Cela garantira l'interchangeabilité et simplifiera la maintenance des équipements. Il est recommandé que le centre de service du variateur de fréquence sélectionné se trouve dans votre ville.

Via la tension secteur

Choisissez toujours un convertisseur avec la plage de tension la plus large possible, à la fois vers le bas et vers le haut. Le fait est que pour les réseaux locaux, le seul mot standard ne peut que faire rire à travers les larmes. Si la basse tension provoque très probablement l'arrêt du variateur de fréquence, l'augmentation de la tension peut provoquer l'explosion des condensateurs électrolytiques du secteur et la défaillance de l'entrée de l'appareil.

Par plage de réglage de fréquence

La limite supérieure de la régulation de fréquence est importante lors de l'utilisation de moteurs à fréquences de fonctionnement nominales élevées, tels que les meuleuses (1000 Hz ou plus).Assurez-vous que la gamme de fréquences correspond à vos besoins. La limite inférieure définit la plage de contrôle de la vitesse du variateur. La norme est de 1:10. Si vous avez besoin d'une plage plus large, choisissez le contrôle vectoriel uniquement, demandez au fabricant les paramètres du variateur. Même la limite revendiquée de 0 Hz ne garantit pas un fonctionnement stable du variateur.

Par le nombre d'entrées de commande

Des entrées discrètes sont nécessaires pour entrer les commandes de contrôle (démarrage, arrêt, marche arrière, arrêt, etc.). Des entrées analogiques sont nécessaires pour les signaux de retour (réglage et réglage du variateur pendant le fonctionnement). Des entrées numériques sont nécessaires pour recevoir des signaux haute fréquence provenant de capteurs de vitesse et de position numériques (encodeurs). Le nombre d'entrées ne peut jamais être trop grand, mais plus il y a d'entrées, plus le système peut être complexe et plus il est cher.

Par le nombre de signaux de sortie

Les sorties discrètes sont utilisées pour émettre des signaux pour divers événements (alarme, surchauffe, tension d'entrée au-dessus ou en dessous du niveau, signal d'erreur, etc.). Les sorties analogiques sont utilisées pour construire des systèmes de rétroaction complexes. Les recommandations de sélection sont similaires au paragraphe précédent.

Autobus de contrôle

L'équipement avec lequel vous contrôlerez le variateur de fréquence doit avoir le même bus et le même nombre d'entrées/sorties que le variateur de fréquence sélectionné. Laissez de l'espace pour les entrées et les sorties pour les futures mises à niveau.

Sous garantie

La période de garantie vous permet indirectement d'évaluer la fiabilité du variateur de fréquence. Naturellement, vous devez choisir un convertisseur de fréquence avec un plan à long terme.Certains fabricants prévoient spécifiquement des cas de dommages qui ne sont pas couverts par la garantie. Lisez toujours attentivement la documentation et recherchez en ligne des avis sur les modèles d'équipement et les fabricants. Cela vous aidera à faire le bon choix. N'épargnez pas d'argent pour un service de qualité et la formation du personnel.

Convertisseur de fréquence sur pied

Capacité de surcharge

En première approximation, la puissance du convertisseur de fréquence doit être sélectionnée de 10 à 15 % supérieure à la puissance du moteur. Le courant du convertisseur doit être supérieur au courant nominal du moteur et légèrement supérieur au courant d'éventuelles surcharges.

Dans la description d'un mécanisme particulier, les courants de surcharge et la durée de leur circulation sont généralement indiqués. Lisez la documentation! Cela vous divertira et évitera peut-être d'endommager l'équipement à l'avenir. Si le variateur est également caractérisé par des charges de choc (crête) (charges pendant 2-3 secondes), il est alors nécessaire de choisir un convertisseur pour le courant de crête. Prenez à nouveau 10% de marge.
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