La minute technique : comment fonctionnent les variateurs de fréquence ? 1ère partie

Au niveau le plus élémentaire, le variateur de fréquence redresse la tension alternative fournie et stocke la tension continue qui en résulte dans sa batterie de condensateurs. Cette tension continue est ensuite redressée à la tension et à la fréquence désirées pour faire tourner le moteur à la vitesse et au couple requis par le procédé, qui peut être un compresseur d'air, un ventilateur ou tout autre équipement.

Le premier étage d'un variateur de vitesse à courant alternatif est le redresseur, qui est constitué d'un groupe de diodes à grille ou de redresseurs au silicium (SCR). Ces diodes sont généralement groupées par six et peuvent varier de 6 à 24 diodes au total. Les diodes ne permettent au courant de circuler que dans un seul sens, comme les clapets antiretours utilisés dans les installations de plomberie. Par exemple, lorsque la tension de la phase A (la tension est similaire à la pression dans les systèmes de plomberie) est plus positive que les tensions des phases B ou C, la diode s'ouvre et permet au courant de circuler. Lorsque la phase B devient plus positive que la phase A, la diode de phase B s'ouvre et la diode de phase A se ferme. Il en va de même pour les 3 diodes du côté négatif du bus. Ainsi, nous obtenons six « impulsions » de courant lorsque chaque diode s'ouvre et se ferme. Pour le système d'alimentation commun 480V RMS, l'ondulation c.a. varie entre 580V et 680V. Le deuxième étage d'un variateur de vitesse est la batterie de condensateurs qui agit pour éliminer cette ondulation et créer une tension continue lisse. La batterie de condensateurs agit de la même façon qu'un réservoir dans un système de plomberie et est conçue pour minimiser les fluctuations, créant une tension continue lisse. Le pont de diodes convertit le courant alternatif en courant continu et est parfois appelé convertisseur. Le convertisseur qui convertit le courant continu en courant alternatif est aussi un convertisseur, mais pour le distinguer du convertisseur à diodes, il est généralement appelé « onduleur ». Il est devenu courant dans l'industrie de se référer à n'importe quel convertisseur c.c.-c.a. comme un onduleur. Lorsque l'un des commutateurs supérieurs de l'onduleur se ferme, la phase du moteur se connecte au bus c.c. positif et la tension sur cette phase devient positive. Lorsque l'un des commutateurs inférieurs du convertisseur se ferme, cette phase est connectée au bus CC négatif et devient négative. Ainsi, n'importe quelle phase du moteur peut devenir positive ou négative et peut générer n'importe quelle fréquence. Un variateur de vitesse émet les ondes « rectangulaires » et non des ondes sinusoïdales classiques. Il est important de noter que les types de moteurs utilisés dans les applications VSD peuvent fonctionner correctement avec la forme d'onde carrée. Cependant, tous les moteurs ne sont pas conçus de cette façon, il est donc important de s'assurer que le moteur est adapté à une application VSD. Pour réduire la fréquence du moteur à 30 Hz, il suffit de commuter plus lentement les transistors de sortie de l'onduleur. Mais, si la fréquence est réduite à 30 Hz, la tension doit également être réduite à 240V afin de maintenir le rapport V/Hz.

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