Le fournisseur d'unités de retour d'énergie rappelle que le choix judicieux des convertisseurs de fréquence est essentiel au bon fonctionnement du système de commande de transmission des équipements mécaniques, afin d'éviter des pertes inutiles dues à une maintenance inadéquate. Il convient tout d'abord de définir clairement l'objectif du choix du convertisseur. Ensuite, le convertisseur approprié doit être sélectionné en fonction du type d'équipement, des caractéristiques de la charge, de la plage de vitesses, du mode de commande, de l'environnement d'utilisation, du système de protection et des autres exigences. L'objectif est ainsi d'optimiser à la fois les performances techniques et la rentabilité.
1. Caractéristiques du couple de charge des équipements mécaniques
En pratique, les machines de production sont souvent classées en trois catégories selon leurs caractéristiques de couple de charge : charge à couple constant, charge à puissance constante et charge à couple réduit. Le choix d’un variateur de fréquence doit donc naturellement se baser sur les caractéristiques de la charge.
Réduire la charge caractéristique du couple
Dans divers ventilateurs, pompes à eau et pompes hydrauliques, lorsque la roue tourne, la résistance générée par l'air ou le liquide dans une certaine plage de vitesses est approximativement proportionnelle au carré de la vitesse, le couple varie également selon le carré de la vitesse et la puissance de charge varie proportionnellement au cube de la vitesse. Ce type de charge est appelé charge à couple réduit.
charge de puissance constante
La caractéristique de ce type de charge est que le couple requis TL est approximativement inversement proportionnel à la vitesse n. Lorsque la vitesse du moteur diminue, le couple de sortie de la charge augmente. Autrement dit, dans la plage de vitesses considérée, le couple est plus important à basse vitesse et plus faible à haute vitesse, tandis que la puissance de sortie du moteur reste constante. Les broches des machines-outils de coupe des métaux, des laminoirs, des machines à papier, des bobineuses, des dérouleuses, etc., utilisées dans les lignes de production de films, constituent toutes des charges à puissance constante.
La propriété de puissance constante d'une charge est limitée à une certaine plage de variations de vitesse. À très basse vitesse, en raison de la limitation de la résistance mécanique, la charge (TL) ne peut augmenter indéfiniment et se transforme en une propriété de couple constant. Les zones de puissance et de couple constants de la charge ont une incidence significative sur le choix des schémas de transmission. Lorsque le moteur est en régulation de vitesse à flux constant, le couple de sortie maximal admissible reste inchangé : il s'agit d'une régulation de vitesse à couple constant. En régulation de vitesse à faible champ magnétique, le couple de sortie maximal admissible est inversement proportionnel à la vitesse : il s'agit d'une régulation de vitesse à puissance constante. Si la plage de régulation de vitesse à couple et à puissance constants du moteur électrique correspond à celle de la charge (en cas d'« adaptation »), la puissance du moteur électrique et celle du convertisseur de fréquence sont toutes deux minimisées.
Les caractéristiques mécaniques des charges à puissance constante sont complexes. Lors de la conception du système, il convient de veiller à ne pas faire fonctionner les moteurs asynchrones au-delà de leur vitesse de synchronisme, sous peine de provoquer des défaillances mécaniques destructives. La puissance d'un convertisseur de fréquence est généralement considérée comme étant approximativement égale à 10 fois la puissance d'un moteur asynchrone.
Charge de couple constante
Dans le cas d'une charge à couple constant, le couple de charge TL est indépendant de la vitesse n. À toute vitesse, le couple de charge TL reste constant ou quasi constant, et la puissance de la charge augmente linéairement avec la vitesse. Par exemple, les charges par frottement telles que les grues, les convoyeurs, les presses à injecter, les mélangeurs et les palans appartiennent à la catégorie des charges à couple constant. L'utilisation de variateurs de fréquence pour contrôler ces charges vise à automatiser les équipements, à améliorer la productivité et à optimiser la qualité des produits.
Lorsqu'un convertisseur de fréquence entraîne une charge à couple constant, le couple de sortie à basse vitesse doit être suffisamment élevé et présenter une capacité de surcharge suffisante, généralement de 150 % du courant nominal. En cas de fonctionnement continu à basse vitesse pendant une période prolongée, il convient de prendre en compte la capacité de dissipation thermique des moteurs asynchrones afin d'éviter une surchauffe.
Lors de la conception du système, il convient de veiller à augmenter la capacité des moteurs asynchrones ou celle des convertisseurs de fréquence. La capacité d'un convertisseur de fréquence est généralement considérée comme environ 10 fois supérieure à celle d'un moteur asynchrone.
2. Sélectionner une méthode de commande appropriée pour le convertisseur de fréquence en fonction des caractéristiques de la charge.
Outre le processus de fabrication du convertisseur de fréquence, la méthode de commande adoptée est également cruciale. On distingue principalement deux types de commandes : la commande en boucle ouverte et la commande en boucle fermée. La commande en boucle ouverte présente une structure simple et des performances fiables, mais sa précision de régulation de vitesse et sa réactivité sont relativement faibles. La commande en boucle fermée permet une régulation en temps réel basée sur les variations de paramètres tels que le débit, la température, la position, la vitesse, la pression, etc. Elle offre une réactivité rapide, mais sa mise en œuvre peut s'avérer complexe et coûteuse. Il est donc essentiel que l'utilisateur choisisse le mode de commande le plus adapté à ses besoins afin d'obtenir les caractéristiques de régulation de vitesse souhaitées.
3. Sélectionner la structure de protection du convertisseur de fréquence en fonction de l'environnement d'installation.
Lors du choix d'un convertisseur de fréquence, il convient de tenir compte de l'environnement d'installation, notamment de facteurs tels que la température ambiante, l'humidité, la présence de poussière et de gaz corrosifs, qui influent directement sur le bon fonctionnement et la durabilité du convertisseur. Si les conditions de fonctionnement ne sont pas réunies, des mesures de protection appropriées doivent être mises en œuvre.
La plupart des fabricants de convertisseurs de fréquence proposent les structures de protection communes suivantes parmi lesquelles les utilisateurs peuvent choisir.
(1) Le type ouvert IP00, qui protège le corps humain du contact avec les parties sous tension à l'intérieur du convertisseur de fréquence par l'avant, convient à l'installation sur des écrans, des panneaux et des racks dans des armoires de commande électrique ou des salles électriques, en particulier pour l'utilisation centralisée de plusieurs convertisseurs de fréquence, mais il a des exigences élevées en matière d'environnement d'installation.
(2) Les convertisseurs de fréquence IP20 et IP21 sont protégés par un boîtier et peuvent être fixés au mur dans les bâtiments. Ils conviennent à la plupart des environnements d'installation intérieurs présentant un niveau minimal de poussière, de température et d'humidité.
(3) Les IP40 et IP42 étanches conviennent aux sites industriels présentant des conditions environnementales difficiles.
(4) Étanchéité IP54 et IP55, avec des structures de protection étanches à la poussière et à l'eau, adaptées aux sites industriels présentant des conditions environnementales difficiles, des projections d'eau, de la poussière et certains gaz corrosifs.
Le choix d'un système de régulation de vitesse à fréquence variable sur un chantier doit reposer sur les exigences du processus et les scénarios d'application. Il convient d'en évaluer les avantages et les inconvénients, et de faire un choix éclairé et complet. Seule une utilisation correcte et adaptée du convertisseur de fréquence garantit le fonctionnement sûr et fiable du système de régulation de vitesse à fréquence variable.