Les fournisseurs d'équipements pour convertisseurs de fréquence rappellent qu'avec l'amélioration de la technologie de conversion de fréquence, l'utilisation des moteurs à courant alternatif se généralise. La régulation de vitesse par conversion de fréquence permet d'améliorer la précision de contrôle, l'efficacité de la production et la qualité des produits des machines, favorisant ainsi l'automatisation des processus de production. Les systèmes d'entraînement à courant alternatif offrent d'excellentes performances de contrôle et permettent de réaliser d'importantes économies d'énergie dans de nombreuses applications de production.
Application du convertisseur de fréquence
Dans notre pays, la consommation d'électricité des moteurs électriques représente 60 à 70 % de la production nationale d'électricité, et celle des ventilateurs et des pompes à eau, un tiers. Cette situation s'explique principalement par le fait que la méthode traditionnelle de régulation de la vitesse de ces équipements consiste à ajuster le débit d'air et d'eau en modifiant l'ouverture des clapets et vannes d'entrée et de sortie. Cette méthode requiert une puissance importante et consomme une quantité considérable d'énergie lors du fonctionnement des clapets et vannes.
Étant donné que la plupart des ventilateurs et des pompes à eau présentent un couple constant, la puissance et la vitesse de rotation sont proportionnelles au cube de la puissance à l'arbre. Par conséquent, une diminution de la vitesse des ventilateurs et des pompes à eau entraîne une forte réduction de la consommation d'énergie. Il existe donc un potentiel important d'économies d'énergie. La solution la plus efficace consiste à utiliser un variateur de fréquence pour réguler le débit. L'utilisation de variateurs de fréquence permet de réaliser des économies d'énergie de 20 % à 50 %, ce qui représente un gain considérable.
De nombreuses machines nécessitent des moteurs électriques à vitesse variable pour s'adapter aux exigences du processus. Auparavant, la régulation de vitesse des moteurs à courant alternatif (CA) était complexe et imprécise, et les performances de cette régulation étaient élevées. Cependant, les moteurs à courant continu (CC) présentent une structure complexe, un volume important et une maintenance difficile en hiver. C'est pourquoi, avec la maturité des technologies de régulation de vitesse à fréquence variable, la régulation de vitesse CA remplace progressivement la régulation CC, nécessitant souvent un contrôle précis et direct du couple pour répondre aux exigences des différents processus.
L'utilisation d'un convertisseur de fréquence pour alimenter un moteur électrique permet de réduire le courant de démarrage, assurant ainsi un démarrage progressif et une régulation de vitesse continue. Ceci facilite le contrôle de l'accélération et de la décélération, permettant au moteur d'atteindre des performances élevées et de réaliser d'importantes économies d'énergie. C'est pourquoi les convertisseurs de fréquence sont de plus en plus utilisés dans la production industrielle et la vie quotidienne.
Problèmes existants et contre-mesures
Avec l'élargissement du champ d'application des convertisseurs de fréquence, les problèmes de fonctionnement se multiplient, notamment les harmoniques d'ordre élevé, le bruit et les vibrations, l'adaptation de charge, l'échauffement, etc. Cet article analyse ces problèmes et propose des solutions.
Le circuit principal d'un convertisseur de fréquence universel se compose généralement de trois parties : redressement, inversion et filtrage. La partie redressement est un redresseur triphasé non commandé en pont, la partie filtrage utilise un condensateur de forte capacité et la partie onduleur est un onduleur triphasé en pont à trois bornes IGBT avec une entrée à modulation de largeur d'impulsion (PWM). La tension de sortie contient des harmoniques autres que la tension fondamentale. Les harmoniques de bas rang ont généralement un impact plus important sur la charge du moteur, provoquant des ondulations de couple ; les harmoniques de haut rang augmentent le courant de fuite dans le câble de sortie du convertisseur, ce qui entraîne une puissance de sortie insuffisante pour le moteur. Par conséquent, les harmoniques de haut et de bas rang émises par le convertisseur de fréquence doivent être supprimées. Les méthodes suivantes peuvent être utilisées à cette fin.
1. Augmenter la puissance d'alimentation du convertisseur de fréquence
L'impédance interne du bloc d'alimentation sert généralement de tampon pour la puissance réactive du condensateur de filtrage CC du convertisseur de fréquence. Plus l'impédance interne est élevée, plus le taux d'harmoniques est faible. Cette impédance interne correspond à l'impédance de court-circuit du transformateur. Par conséquent, lors du choix d'une alimentation pour convertisseur de fréquence, il est préférable d'opter pour un transformateur à haute impédance de court-circuit.
2. Installer le réacteur
Raccordez des réacteurs appropriés ou installez des filtres harmoniques en série entre les bornes d'entrée et de sortie du convertisseur de fréquence. Le filtre, de type LC, absorbe les harmoniques et augmente l'impédance de l'alimentation ou de la charge afin de les supprimer.
3. Opérations multiples utilisant des transformateurs
Le convertisseur de fréquence universel est un redresseur à six impulsions, qui génère d'importantes harmoniques. En cas de fonctionnement multiphasé des transformateurs, avec un déphasage de 30° entre eux, la combinaison de transformateurs Y-△ et △-△ permet d'obtenir un effet à 12 impulsions, ce qui réduit les courants harmoniques de bas rang et supprime efficacement les harmoniques.
4. Configurer des harmoniques dédiées
Mettez en place un filtre dédié pour détecter le convertisseur de fréquence et la phase, et générez un courant de même amplitude et de phase opposée à celui du courant harmonique, qui est transmis au convertisseur de fréquence pour absorber efficacement le courant harmonique.