Le fournisseur d'unités de rétroaction rappelle que la plupart des convertisseurs de fréquence classiques utilisent des ponts redresseurs à diodes pour convertir le courant alternatif en courant continu, puis la technologie d'onduleur IGBT pour reconvertir ce courant continu en courant alternatif à tension et fréquence réglables afin de commander les moteurs à courant alternatif. Ce type de convertisseur ne fonctionne qu'en mode électrique ; on l'appelle donc convertisseur de fréquence à deux quadrants. Du fait de l'utilisation d'un pont redresseur à diodes, il est impossible d'obtenir un flux d'énergie bidirectionnel et, par conséquent, de réinjecter l'énergie du système de rétroaction du moteur dans le réseau électrique. Dans certaines applications où les moteurs électriques doivent réinjecter de l'énergie, comme les ascenseurs, les monte-charges, les centrifugeuses et les pompes, la seule solution consiste à ajouter un système de freinage résistif au convertisseur de fréquence à deux quadrants pour récupérer cette énergie. De plus, les ponts redresseurs à diodes peuvent générer d'importantes perturbations harmoniques sur le réseau électrique.
Les modules de puissance IGBT permettent un flux d'énergie bidirectionnel. Lorsqu'un IGBT est utilisé comme pont redresseur, un processeur de signal numérique (DSP) haute vitesse et haute puissance de calcul génère des impulsions de commande SVPWM. D'une part, il est possible d'ajuster le facteur de puissance d'entrée, d'éliminer les harmoniques parasites du réseau électrique et de faire de l'onduleur un produit véritablement écologique. D'autre part, l'énergie générée par la rétroaction du moteur électrique peut être réinjectée dans le réseau, contribuant ainsi aux économies d'énergie.
Pour un moteur électrique, les quatre quadrants correspondent à sa courbe caractéristique mécanique, qui lui permet de fonctionner dans les quatre quadrants de l'axe mathématique. Le premier quadrant correspond à la marche avant, le deuxième au freinage, le troisième à la marche arrière et le quatrième au freinage. Un convertisseur de fréquence capable de faire fonctionner le moteur dans les quatre quadrants est appelé convertisseur de fréquence à quatre quadrants. En d'autres termes, un convertisseur de fréquence classique à deux quadrants ne peut faire tourner le moteur que dans un sens ou dans l'autre. Il fonctionne dans les quadrants un et trois, et l'énergie cinétique générée au ralenti est perdue. Un convertisseur de fréquence à quatre quadrants (qui prend en compte le freinage du moteur) peut non seulement faire tourner le moteur dans les deux sens, mais aussi convertir son énergie cinétique au ralenti en énergie électrique et la réinjecter dans le réseau. Le moteur fonctionne alors comme un générateur. Ce type de convertisseur est plus fréquemment utilisé pour optimiser le fonctionnement du moteur.
Le convertisseur de fréquence à quatre quadrants répond à diverses exigences d'applications industrielles, et est particulièrement adapté aux charges à forte inertie potentielle telles que les équipements de levage. Ces équipements présentent une inertie de rotation élevée (GD) et fonctionnent en continu sur de courtes périodes. La réduction de vitesse, de la haute à la basse vitesse, est importante, et le temps de freinage est court, ce qui exige un freinage puissant ou un freinage électrique haute performance de longue durée. Afin d'améliorer l'efficacité énergétique et de réduire les pertes d'énergie lors du freinage, l'énergie de décélération est récupérée et réinjectée dans le réseau électrique, contribuant ainsi aux économies d'énergie et à la protection de l'environnement.
L'application typique d'un convertisseur de fréquence à quatre quadrants se trouve dans les situations présentant des caractéristiques de charge potentielles, telles que les ascenseurs, la traction des locomotives, les machines de remorquage des champs pétrolifères, les centrifugeuses, etc. Dans certaines applications de forte puissance, un convertisseur de fréquence à quatre quadrants est également nécessaire pour réduire la pollution harmonique du réseau électrique.
Les avantages d'un convertisseur de fréquence à quatre quadrants
1. Comparé aux convertisseurs de fréquence classiques à deux quadrants, il est plus économe en énergie. Le convertisseur de fréquence à quatre quadrants utilise des modules IGBT comme dispositifs de redressement pour assurer un flux d'énergie bidirectionnel. Sans aucun dispositif externe, il peut réinjecter l'énergie régénérée dans le réseau électrique, permettant ainsi un fonctionnement écoénergétique.
2. Réduire le courant harmonique côté réseau et obtenir un facteur de puissance proche de 1 à pleine charge ; les convertisseurs de fréquence classiques, du fait de l’utilisation du redressement par diodes, génèrent une part importante de composantes harmoniques, ce qui pollue fortement le réseau électrique, perturbe le fonctionnement normal d’autres équipements et peut même endommager certains appareils. Le convertisseur de fréquence vectoriel à quatre quadrants utilise des modules IGBT comme dispositifs de redressement et génère des impulsions de commande PWM grâce à un DSP haute vitesse et haute puissance de calcul. Il permet ainsi d’ajuster le facteur de puissance et d’éliminer la pollution harmonique du réseau électrique, faisant de ce convertisseur de fréquence un véritable produit « vert ».