Les variateurs AC expliqués : fonctionnement, avantages, sélection et applications des VFD

Si vous mettez à niveau un panneau de commande de moteur, le variateur AC détermine la quantité d'énergie consommée par votre moteur et la précision avec laquelle vous pouvez le contrôler. Dans de nombreuses rénovations de charges de ventilateurs et de pompes, l’installation d’un tel ventilateur réduit la consommation d’énergie de 20 à 40 %. Mais un variateur ne permet de réaliser ces économies que s'il correspond au moteur, à la charge et à l'environnement d'installation. Ce guide explique ce que sont les variateurs de fréquence, comment en sélectionner un et les détails d'installation faciles à ignorer.

Qu'est-ce qu'un variateur AC

Un variateur AC est un appareil électronique qui contrôle la vitesse et le couple d'un moteur à courant alternatif en faisant varier la fréquence et la tension qui lui sont fournies. On l'appelle également variateur de fréquence, ou VFD, et dans certaines industries, on l'appelle simplement onduleur.

Le variateur reçoit une alimentation CA fixe du réseau ou du système de distribution de l'usine et la convertit en une sortie contrôlée. Les principaux composants à l'intérieur sont le redresseur, un bus CC, un étage onduleur et une carte de commande. L'interface opérateur vous permet de définir les paramètres de vitesse, d'accélération et de protection.

Comment fonctionnent les variateurs AC

La vitesse du moteur à induction est proportionnelle à la fréquence de la tension d'alimentation. La vitesse synchrone est calculée comme étant 120 fois la fréquence divisée par le nombre de pôles. Lorsque le variateur réduit la fréquence de sortie, le moteur ralentit.

La tension et la fréquence doivent changer ensemble. Garder le rapport tension/fréquence constant maintient le flux magnétique dans le moteur. À basse vitesse, le variateur ajoute une augmentation de tension pour produire un couple de démarrage suffisant.

Deux plates-formes de contrôle principales

Le contrôle V/f est la méthode en boucle ouverte. Il règle la tension et la fréquence selon une courbe prédéterminée. Il est simple, robuste et adapté à la plupart des applications de ventilateurs, de pompes et de compresseurs. Le contrôle vectoriel utilise un algorithme en boucle fermée, souvent avec un encodeur, pour réguler le couple et la vitesse avec une précision beaucoup plus élevée. Il est utilisé sur les grues, les ascenseurs, les extrudeuses et les machines-outils où la charge change rapidement.

Pourquoi utiliser des variateurs CA

La raison la plus forte d'utiliser un Entraînement CA ce sont les économies d’énergie sur les charges à vitesse variable. Les ventilateurs et pompes centrifuges suivent les lois d'affinité : la puissance change avec le cube de la vitesse. Réduire la vitesse de 100 pour cent à 80 pour cent modifie la puissance absorbée à environ 51 pour cent de la valeur d'origine. Un ventilateur de 90 kW fonctionnant à une vitesse de 70 pour cent consomme environ un tiers de la puissance dont il aurait besoin à pleine vitesse, et par rapport au contrôle des registres, les économies sont généralement de l'ordre de 40 à 60 pour cent.

Au-delà des économies, un variateur améliore également la cohérence des processus. Les mélangeurs, les extrudeuses et les machines textiles s'appuient sur une vitesse stable pour maintenir la qualité du produit reproductible. En extrusion, une petite variation de vitesse crée une différence d’épaisseur de ligne qui se transforme en déchet. La fonction d'accélération contrôlée réduit les contraintes mécaniques sur les courroies, les boîtes de vitesses et les accouplements, ce qui réduit les coûts de maintenance et augmente la durée de vie de l'équipement.

Le démarrage direct consomme six à huit fois le courant nominal du moteur. Un variateur limite le courant d'appel à 1,5 à 2 fois le courant nominal, réduisant ainsi l'affaissement de tension sur la ligne de l'usine et les chocs mécaniques sur les engrenages, les courroies et les arbres.

Types et applications

Les variateurs CA sont généralement regroupés par tension de sortie. Les variateurs basse tension couvrent 200-690 V et sont utilisés pour des moteurs de quelques centaines de watts à environ 500 kW. Les variateurs moyenne tension couvrent 2,3 à 11 kV et desservent des moteurs haute puissance de l'ordre du mégawatt.

Les applications industrielles courantes comprennent :

• Pompes et ventilateurs centrifuges dans les systèmes de traitement de l'eau, de CVC et de chaudières
• Compresseurs d'air dans les installations avec de grandes variations de pression
• Mélangeurs, centrifugeuses et agitateurs dans la transformation chimique et alimentaire
• Ascenseurs, portiques et palans nécessitant des changements de vitesse en douceur
• Machines-outils CNC, tours verticaux et machines de découpe rotatives
• Extrudeuses et raffineuses dans les industries du caoutchouc et du plastique

Raynen Technology publie également des solutions d'application pour des machines spécifiques, telles que les rénovations économes en énergie des compresseurs d'air, les systèmes de ventilateurs de chaudière, les ventilateurs d'aération pour le traitement des eaux usées, l'alimentation en eau à pression constante et les extrudeuses à vis. La même plate-forme d'entraînement peut être configurée pour correspondre à ces conceptions mécaniques.

Comment sélectionner un variateur AC

Commencez par la plaque signalétique du moteur, pas par un catalogue. La valeur nominale du variateur doit être basée sur le courant du moteur plutôt que sur la puissance du moteur. Pour les charges à couple variable telles que les ventilateurs et les pompes, le variateur peut souvent avoir la même taille que le moteur. Pour des charges à couple constant, laissez une marge d'une ou deux tailles de variateur au-dessus de la puissance nominale du moteur.

La caractéristique du couple de charge est la première chose à identifier. Les charges à couple variable ont un couple qui augmente avec le carré de la vitesse. Les charges à couple constant fournissent le même couple sur toute la plage de vitesse, et les charges à puissance constante réduisent le couple à mesure que la vitesse augmente.

D'autres facteurs incluent la température ambiante, l'altitude et le type d'enceinte. La plupart des trajets sont déclassés au-dessus de 40 degrés Celsius et au-dessus de 1 000 m d'altitude. Si la longueur du câble moteur dépasse 50 m, demandez une inductance de sortie pour protéger l'enroulement du moteur des pointes de tension réfléchies.

Si le variateur doit être surveillé depuis un API ou un SCADA, vérifiez quelle interface de communication est disponible. Les environnements poussiéreux, humides ou chimiquement agressifs nécessitent un indice de protection plus élevé ou un boîtier approprié.

Considérations relatives à l'installation et à l'approvisionnement

La distorsion harmonique est un problème courant lorsque plusieurs variateurs sont alimentés par le même transformateur. L'ajout d'une self de ligne ou d'une self CC réduit la distorsion du courant et constitue généralement un moyen peu coûteux de respecter les limites locales de qualité de l'énergie.

Freinage : si la charge peut réviser le moteur, par exemple une grue descendant une charge ou un convoyeur s'arrêtant avec une lourde charge, vous avez besoin soit d'une résistance de freinage dynamique, soit d'une unité régénérative.

N'oubliez jamais la documentation et le support après-vente. Demandez le manuel d'utilisation, les schémas électriques et le logiciel de configuration dans la langue utilisée par vos techniciens. Raynen Technology publie ces matériaux dans son centre de téléchargement . Si le fournisseur du variateur ne fournit pas ces éléments à l'avance, vous risquez des délais de mise en service plus longs et des coûts de réparation plus élevés ultérieurement. Pour un moteur et une charge spécifiques, le assistance technique Cette page est le bon endroit pour confirmer la taille et la compatibilité du disque avant de commander.

Variateurs Raynen pour les applications industrielles AC

Raynen Technology, la marque d'automatisation industrielle derrière raynendrive.com, conçoit et fabrique des variateurs AC ainsi que des démarreurs progressifs, des servosystèmes, des automates et des interfaces homme-machine. La société a été fondée en 2007 et est cotée à la Bourse de Shanghai. Le portefeuille de produits est destiné à couvrir les couches de contrôle, d'entraînement et d'exécution d'une machine complète.

Pour les applications standard de ventilateurs, de pompes et de textiles basse tension, le variateur RVE21 Smart offre une solution compacte et facile à utiliser avec un réglage simple des paramètres. Lorsque le processus nécessite un contrôle précis de la vitesse et du couple, l'entraînement vectoriel RVE32 offre des performances en boucle fermée pour les grues, les ascenseurs, les mélangeurs et les machines-outils. Pour les moteurs haute puissance destinés à l'approvisionnement en eau et aux services pétrochimiques, la série RVE1000 gère l'alimentation moyenne tension jusqu'à 11 kV.

Le catalogue de la société comprend également des démarreurs progressifs basse et moyenne tension, des automates programmables, des IHM, des servomoteurs et des servomoteurs. Cette ampleur est importante pour deux raisons. Premièrement, vous pouvez bénéficier d’une assistance technique cohérente auprès d’un seul fournisseur. Deuxièmement, le variateur peut être intégré à un système de contrôle complet comprenant l'automate et l'IHM, ce qui accélère la mise en service.

Variateur CA intelligent basse tension RVE21 pour moteurs de 55 à 200 kW La série RVE21 offre une large plage de tension et une capacité de surcharge jusqu'à 200 %, avec un blindage amovible pour une installation côte à côte. Sa conception indépendante des voies respiratoires garantit un refroidissement fiable, ce qui en fait un choix rentable pour l'intégration aux systèmes API et IHM. Voir le produit →

Variateur AC vectoriel RVE32 pour applications haute puissance jusqu'à 800 kW La série RVE32 propose un contrôle vectoriel sans capteur et une adaptation automatique des paramètres de boucle, ne nécessitant aucun débogage. Disponible en coques en plastique ou en fer avec norme Modbus, il répond aux besoins de forte puissance de 250 à 800 kW avec affichage double ligne. Voir le produit →

Variateur CA moyenne tension RVE1000 pour commande directe de moteur haute tension La série RVE1000 utilise une cascade de ponts en H à plusieurs étages pour la superposition de tension et le contrôle ARM/DSP, permettant un entraînement direct de moteurs haute tension sans filtres. Conçu pour le contrôle maître-esclave des convoyeurs à bande, il est destiné aux industries chimiques, de levage, de compresseurs d'air et d'acier. Voir le produit →

Le bon variateur CA permet d'économiser de l'énergie, améliore la stabilité du processus et protège le moteur et les équipements en aval. Sélectionnez-le sur la plaque signalétique du moteur, confirmez le type de charge et vérifiez les exigences en matière d'environnement et de communication. Si vous avez une application spécifique, utilisez l'équipe d'assistance technique de Raynen pour confirmer le dimensionnement et la documentation complète avant de passer une commande.