Dans diverses situations, il peut être nécessaire de convertir la fréquence du courant initial en un courant avec une tension à fréquence régulée. Cela est nécessaire, par exemple, lors de l'utilisation de moteurs asynchrones pour modifier leur vitesse de rotation. Cet article traite de l'objectif et du principe de fonctionnement du convertisseur de fréquence.
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Qu'est-ce qu'un convertisseur de fréquence
Un convertisseur de fréquence (FC) est un appareil électrique qui convertit et régule en douceur le courant alternatif monophasé ou triphasé avec une fréquence de 50 Hz en un type de courant similaire avec une fréquence de 1 à 800 Hz. De tels dispositifs sont largement utilisés pour contrôler le fonctionnement de diverses machines électriques asynchrones, par exemple pour modifier la fréquence de leur rotation. Il existe également des appareils destinés à être utilisés dans les réseaux industriels à haute tension.
Des convertisseurs simples régulent la fréquence et la tension en fonction de la caractéristique V/f, les dispositifs complexes utilisent le contrôle vectoriel.
Le convertisseur de fréquence est un appareil techniquement complexe et se compose non seulement d'un convertisseur de fréquence, mais également d'une protection contre les surintensités, les surtensions et les courts-circuits. De plus, un tel équipement peut avoir une self pour améliorer la forme d'onde et des filtres pour réduire diverses interférences électromagnétiques. Il existe des convertisseurs électroniques, ainsi que des dispositifs de machines électriques.
Le principe de fonctionnement du convertisseur de fréquence
Un convertisseur électronique est composé de plusieurs composants principaux : un redresseur, un filtre, un microprocesseur et un onduleur.
Redresseur a un tas de diodes ou de thyristors qui redressent le courant initial à l'entrée du convertisseur. Les onduleurs à diodes se caractérisent par une absence totale d'ondulations, ce sont des appareils peu coûteux, mais en même temps fiables. Les convertisseurs à thyristors créent la possibilité de circulation du courant dans les deux sens et permettent le retour de l'énergie électrique sur le réseau lorsque le moteur est freiné.
Filtre utilisé dans les dispositifs à thyristor pour réduire ou éliminer l'ondulation de tension. Le lissage est effectué à l'aide de filtres capacitifs ou inductifs-capacitifs.
Microprocesseur – est un lien de commande et d'analyse du convertisseur. Il reçoit et traite les signaux des capteurs, ce qui vous permet d'ajuster le signal de sortie du convertisseur de fréquence avec un contrôleur PID intégré.En outre, ce composant système enregistre et stocke les données d'événement, enregistre et protège l'appareil contre les surcharges, les courts-circuits, analyse le mode de fonctionnement et éteint l'appareil en cas de fonctionnement d'urgence.
onduleur la tension et le courant sont utilisés pour contrôler les machines électriques, c'est-à-dire pour contrôler en douceur la fréquence du courant. Un tel appareil produit une sortie "sinusoïdale pure", ce qui lui permet d'être utilisé dans de nombreuses industries.
Le principe de fonctionnement du convertisseur de fréquence électronique (onduleur) consiste en les étapes de travail suivantes:
- Le courant alternatif sinusoïdal monophasé ou triphasé d'entrée est redressé par un pont de diodes ou des thyristors ;
- À l'aide de filtres spéciaux (condensateurs), le signal est filtré pour réduire ou éliminer les ondulations de tension ;
- La tension est convertie en une onde triphasée avec certains paramètres à l'aide d'un microcircuit et d'un pont à transistors ;
- À la sortie de l'onduleur, les impulsions rectangulaires sont converties en une tension sinusoïdale avec des paramètres spécifiés.
Types de convertisseurs de fréquence
Il existe plusieurs types de convertisseurs de fréquence, qui sont actuellement les plus courants pour la production et l'utilisation :
Convertisseurs électromachine (électroinduction): sont utilisés dans les cas où il est impossible ou inapproprié d'utiliser des FC électroniques. Structurellement, ces dispositifs sont des moteurs asynchrones à rotor de phase, qui fonctionnent en mode générateur-convertisseur.
Ces dispositifs sont des convertisseurs contrôlés scalaires. A la sortie de ce dispositif, une tension d'amplitude et de fréquence données est créée pour maintenir un certain flux magnétique dans les bobinages du stator.Ils sont utilisés dans les cas où il n'est pas nécessaire de maintenir la vitesse du rotor en fonction de la charge (pompes, ventilateurs et autres équipements).
Convertisseurs électroniques : largement utilisé dans toutes les conditions de travail pour divers équipements. De tels dispositifs sont vectoriels, ils calculent automatiquement l'interaction des champs magnétiques du stator et du rotor et fournissent une valeur constante de la vitesse du rotor quelle que soit la charge.
- Cycloconvertisseurs ;
- Cyclo-onduleurs ;
- Onduleur avec circuit intermédiaire intermédiaire :
- Convertisseur de fréquence de source de courant ;
- Convertisseur de fréquence de la source de tension (avec modulation d'amplitude ou de largeur d'impulsion).
Par portée, l'équipement peut être:
- pour les équipements d'une puissance jusqu'à 315 kW ;
- convertisseurs vectoriels pour puissance jusqu'à 500 kW;
- dispositifs antidéflagrants à utiliser dans des environnements explosifs et poussiéreux;
- convertisseurs de fréquence montés sur moteurs électriques;
Chaque type de convertisseur de fréquence présente certains avantages et inconvénients et s'applique à différents équipements et charges, ainsi qu'aux conditions de travail.
Le variateur de fréquence peut être contrôlé manuellement ou de manière externe. La commande manuelle est effectuée à partir du panneau de commande de l'onduleur, qui peut régler la vitesse ou arrêter le fonctionnement. Le contrôle externe est effectué à l'aide de systèmes de contrôle automatique (APCS), qui peuvent contrôler tous les paramètres de l'appareil et vous permettre de changer de schéma ou de mode de fonctionnement (via FC ou bypass).De plus, le contrôle externe vous permet de programmer le fonctionnement du convertisseur en fonction des conditions de fonctionnement, de la charge, du temps, ce qui vous permet de travailler en mode automatique.
Pourquoi un moteur électrique peut-il avoir besoin d'un convertisseur de fréquence ?
L'utilisation de convertisseurs de fréquence permet de réduire le coût de l'électricité, le coût d'amortissement des moteurs et des équipements. Ils peuvent être utilisés pour des moteurs à cage d'écureuil bon marché, ce qui réduit les coûts de production.
De nombreux moteurs électriques fonctionnent dans des conditions de changement fréquent de modes de fonctionnement (démarrages et arrêts fréquents, changement de charge). Les convertisseurs de fréquence vous permettent de démarrer le moteur en douceur et de réduire le couple de démarrage maximal et l'échauffement de l'équipement. Ceci est important, par exemple, dans les machines de levage et vous permet de réduire l'impact négatif des démarrages brusques, ainsi que d'éliminer le balancement de la charge et les secousses lors de l'arrêt.
À l'aide de l'onduleur, vous pouvez réguler en douceur le fonctionnement des soufflantes, des pompes et vous permet d'automatiser les processus technologiques (utilisés dans les chaufferies, dans les mines, dans les secteurs du pétrole et du raffinage du pétrole, dans les aqueducs et autres entreprises).
L'utilisation de convertisseurs de fréquence dans les convoyeurs, convoyeurs, ascenseurs vous permet d'augmenter la durée de vie de leurs composants, car elle réduit les secousses, les chocs et autres facteurs négatifs lors du démarrage et de l'arrêt de l'équipement. Ils peuvent augmenter et diminuer en douceur la vitesse du moteur, effectuer un mouvement inverse, ce qui est important pour un grand nombre d'équipements industriels de haute précision.
Avantages des convertisseurs de fréquence :
- Réduction des coûts énergétiques : en réduisant les courants de démarrage et en ajustant la puissance du moteur en fonction de la charge ;
- Augmenter la fiabilité et la durabilité des équipements : permet de prolonger la durée de vie et d'augmenter le délai d'une intervention technique à l'autre ;
- Vous permet de mettre en œuvre le contrôle et la gestion externes de l'équipement à partir d'appareils informatiques distants et la possibilité de s'intégrer dans des systèmes d'automatisation;
- Les convertisseurs de fréquence peuvent fonctionner avec n'importe quelle puissance de charge (d'un kilowatt à des dizaines de mégawatts);
- La présence de composants spéciaux dans la composition des convertisseurs de fréquence vous permet de vous protéger contre les surcharges, les pannes de phase et les courts-circuits, ainsi que d'assurer un fonctionnement et un arrêt sûrs de l'équipement en cas d'urgence.
Bien sûr, face à une telle liste d'avantages, on peut se demander pourquoi ne pas les utiliser pour tous les moteurs de l'entreprise ? La réponse ici est évidente, hélas, mais c'est le coût élevé des chastotnikov, leur installation et leur réglage. Toutes les entreprises ne peuvent pas se permettre ces coûts.
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