Industrie de l’énergie : le variateur de fréquence moyenne tension

Le Variateur de fréquence moyenne tension (MV VFD) est un élément essentiel de l'équipement électronique de puissance permettant un contrôle précis et un fonctionnement efficace des moteurs à courant alternatif dans un large éventail d'applications industrielles. Fonctionnant comme une interface entre l'alimentation et le moteur, le MV VFD module la fréquence et la tension fournies au moteur, permettant de faire varier sa vitesse et son couple de manière fluide et précise.

Définir la moyenne tension

Dans le contexte des systèmes d'alimentation électrique, la « moyenne tension » fait généralement référence à une plage de potentiel électrique généralement comprise entre $1\text{kV}$ et $35\text{kV}$ . Cette plage est nettement supérieure à la basse tension utilisée dans les maisons et les petits bâtiments commerciaux (généralement sous $1\text{kV}$ ). Les moteurs conçus pour fonctionner à ces niveaux de tension plus élevés sont courants dans les industries lourdes telles que le pétrole et le gaz, les mines, la production d'électricité, le traitement de l'eau et la pétrochimie, où la puissance du moteur est élevée (souvent $\text{MW}$ classe) est requis pour les pompes, les compresseurs, les ventilateurs et les systèmes de convoyeurs.

Fonction de base et technologie

Le primary function of a Variateur de fréquence moyenne tension est de réguler la vitesse du moteur. En contrôlant la fréquence de l'alimentation CA fournie au moteur, le variateur contrôle directement la vitesse de rotation, telle que définie par la foumule de vitesse synchrone du moteur : $N_s=\frac{120f}{P...}$ , où $N_s$ est la vitesse de synchronisation, $f$ est la fréquence, et $P$ est le nombre de pôles du moteur.

Le internal operation of the MV VFD involves three main stages:

1. Rectification : Le courant alternatif entrant est converti en courant continu.

2. Liaison CC : Le DC power is smoothed using capacitors or inductors.

3. Inversion : Le DC power is converted back into AC power with the desired, variables fréquence et tension. Ceci est généralement réalisé à l'aide de commutateurs à semi-conducteurs de haute puissance, tels que Transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) or Thyristors d'arrêt de grille (GTO) .

En raison des niveaux de tension plus élevés, les VFD MT utilisent des topologies spécialisées, comme Onduleurs multi-niveaux (par exemple, Neutral Point Clamped (NPC), Flying Capacitor ou Cascaded H-Bridge (CHB)) - pour gérer la contrainte de tension aux bornes des semi-conducteurs et obtenir une forme d'onde de sortie de haute qualité (faible distorsion harmonique). La topologie en pont en H en cascade est particulièrement populaire car elle permet de connecter en série des composants basse tension standard pour synthétiser la moyenne tension.

Avantages et applications clés

Le adoption of the Variateur de fréquence moyenne tension offre des avantages incontestables qui se traduisent par des avantages opérationnels significatifs :

• Économies d'énergie : C’est souvent l’avantage le plus important. Dans les applications de pompes et de ventilateurs, la puissance consommée est proportionnelle au cube de la vitesse ( $P\propto N^3$ ). Une légère réduction de vitesse obtenue via le VFD entraîne des économies d'énergie substantielles par rapport aux méthodes traditionnelles telles que les vannes d'étranglement ou les amortisseurs.

• Contrôle des processus : Les VFD permettent un contrôle précis de la vitesse et du couple, optimisant les processus pour une efficacité, une qualité et un rendement maximum.

• Contrainte mécanique réduite : En activant démarrage en douceur (accélération progressive), le VFD réduit considérablement les courants d'appel élevés et les chocs mécaniques associés au démarrage direct en ligne, prolongeant ainsi la durée de vie du moteur et des équipements connectés.

• Amélioration de la qualité de l'énergie : Les conceptions modernes d'EFV MV intègrent souvent des fonctionnalités qui minimisent la distorsion harmonique réfléchie sur le réseau électrique, dans le respect de normes strictes de qualité de l'énergie.

Lese advantages make the MV VFD indispensable in sectors requiring continuous, large-scale motor operation. Common applications include:

1. Pompes et compresseurs : Optimisation du débit dans les pipelines, les raffineries et les services d'eau.

2. Ventilateurs et soufflantes : Contrôle du débit d'air dans les fours, les centrales électriques et les systèmes de ventilation.

3. Convoyeurs et concasseurs : Gestion de la vitesse et de la charge de manutention des matériaux dans la production minière et de ciment.

4. Extrudeuses et broyeurs : Fournir une régulation précise de la vitesse dans les processus de fabrication.