Qu'est-ce qu'un convertisseur de fréquence, comment fonctionne-t-il et à quoi sert-il
Définition
Par définition, un convertisseur de fréquence est un convertisseur de puissance électronique pour changer la fréquence d'un courant alternatif. Mais en fonction des performances, le niveau de tension et le nombre de phases changent. Vous ne comprendrez peut-être pas entièrement pourquoi un tel appareil est nécessaire, mais nous essaierons de vous en parler en termes simples.
La fréquence de rotation de l'arbre des moteurs synchrones et asynchrones (HELL) dépend de la fréquence de rotation du flux magnétique du stator et est déterminée par la formule:
n = (60 * F / p) * (1-S),
où n est le nombre de tours de l'arbre HELL, p est le nombre de paires de pôles, s est le glissement, f est la fréquence du courant alternatif.
En termes simples, la vitesse du rotor dépend de la fréquence et du nombre de paires de pôles. Le nombre de paires de pôles est déterminé par la conception des bobines de stator et la fréquence du courant dans le réseau est constante. Par conséquent, afin de réguler la vitesse, nous ne pouvons contrôler la fréquence qu'à l'aide de convertisseurs.
Périphérique
Compte tenu de ce qui précède, nous reformulons la réponse à la question de savoir ce que c'est:
Un convertisseur de fréquence est un dispositif électronique permettant de modifier la fréquence d'un courant alternatif, et donc la vitesse de rotation du rotor d'une machine électrique asynchrone (et synchrone).
Symbole graphique conformément à GOST 2.737-68, vous pouvez voir ci-dessous:
Il est appelé électronique car il est basé sur un circuit de commutation à semi-conducteur. Selon les caractéristiques fonctionnelles et le type de contrôle, le schéma de circuit et l'algorithme de fonctionnement seront modifiés.
Dans le diagramme ci-dessous, vous voyez comment le convertisseur de fréquence est agencé:
Le principe de fonctionnement du variateur de fréquence est le suivant:
- La tension secteur est appliquée au redresseur 1 et devient un pulsateur redressé.
- Dans le bloc 2, les pulsations sont lissées et la composante réactive est partiellement compensée.
- Le bloc 3 est un groupe de commutateurs de puissance contrôlés par un système de commande (4) utilisant une modulation de largeur d'impulsion (PWM). Cette conception vous permet d'obtenir à la sortie une tension régulée par PWM à deux niveaux qui, après le lissage, se rapproche d'une forme sinusoïdale. Dans les modèles coûteux, un schéma à trois niveaux a été utilisé, où davantage de clés sont utilisées. Il vous permet de vous rapprocher de la forme d'onde sinusoïdale. Comme commutateurs à semi-conducteurs, des thyristors, des transistors à effet de champ ou IGBT peuvent être utilisés. Récemment, les deux derniers types ont été les plus demandés et les plus populaires en raison de leur efficacité, de leurs faibles pertes et de leur facilité de contrôle.
- En utilisant PWM, le niveau de tension requis est formé, en termes simples - c'est ainsi que l'onde sinusoïdale est modulée, en incluant alternativement des paires de clés, formant tension de ligne.
Nous avons donc brièvement décrit comment fonctionne le convertisseur de fréquence d'un moteur électrique et en quoi il consiste. Il est utilisé comme source d'alimentation secondaire et contrôle non seulement la forme du réseau d'alimentation actuel, mais convertit sa valeur et sa fréquence en fonction des paramètres spécifiés.
Types de chastotniks et portée
Méthodes de gestion
Le réglage de la vitesse peut être effectué de différentes manières, à la fois par la méthode de réglage de la fréquence requise et par la méthode de régulation. Les chastotniki selon la méthode de contrôle sont divisés en deux types:
- Avec contrôle scalaire.
- Avec contrôle vectoriel.
Les appareils du premier type régulent la fréquence selon une fonction U / F donnée, c'est-à-dire que la tension change avec la fréquence. Un exemple d'une telle dépendance de la tension à la fréquence peut être observé ci-dessous.
Il peut être différent et programmé pour une charge spécifique, par exemple, sur les ventilateurs, il n'est pas linéaire, mais ressemble à une branche de parabole. Ce principe de fonctionnement maintient le flux magnétique dans l'espace entre le rotor et le stator presque constant.
Une caractéristique du contrôle scalaire est sa prévalence et sa relative facilité de mise en œuvre. Il est utilisé le plus souvent pour les pompes, les ventilateurs et les compresseurs. De tels chastotniks sont souvent utilisés s'il est nécessaire de maintenir une pression stable (ou un autre paramètre), il peut s'agir de pompes submersibles pour puits, si l'on considère un usage domestique.
En production, le champ d'application est large, par exemple, le contrôle de la pression dans les mêmes pipelines et les performances des systèmes de ventilation automatique. La plage de contrôle est généralement de 1:10, en termes simples, la vitesse maximale par rapport au minimum peut différer de 10 fois. En raison des particularités de la mise en œuvre d'algorithmes et de circuits, ces dispositifs sont généralement moins chers, ce qui est le principal avantage.
Inconvénients:
- Pas de support de rev trop précis.
- Réponse plus lente au changement de régime.
- Le plus souvent, il n'y a aucun moyen de contrôler le moment sur l'arbre.
- Avec une augmentation de la vitesse au-dessus de la valeur nominale, le moment sur l'arbre du moteur chute (c'est-à-dire lorsque nous élevons la fréquence au-dessus des 50 Hz nominaux).
Ce dernier est dû au fait que la tension à la sortie dépend de la fréquence, à la fréquence nominale, la tension est égale à la tension du secteur, et le chastotnik ne sait pas comment l'augmenter plus haut, sur le graphique, vous pouvez voir une partie égale du tracé après 50 Hz. Il est à noter que la dépendance du moment sur la fréquence, elle tombe selon la loi 1 / f, est représentée en rouge dans le graphique ci-dessous, et la dépendance de la puissance sur la fréquence est bleue.
Les convertisseurs de fréquence contrôlés par vecteur ont un principe de fonctionnement différent, ici ce n'est pas seulement la tension qui correspond à la courbe U / f. Les caractéristiques de la tension de sortie varient en fonction des signaux des capteurs, de sorte qu'un certain moment est maintenu sur l'arbre. Mais pourquoi avons-nous besoin d'une telle méthode de contrôle? Un réglage plus précis et plus rapide sont les caractéristiques d'un convertisseur de fréquence à commande vectorielle. Ceci est important dans de tels mécanismes où le principe d'action est associé à un changement brusque de charge et de couple sur l'organe exécutif.
Une telle charge est typique du tournage et d'autres types de machines, y compris la CNC. La précision de la régulation peut atteindre 1,5%, la plage de réglage est de 1: 100, pour une plus grande précision avec les capteurs de vitesse, etc. - 0,2% et 1: 10000, respectivement.
Il y a une opinion sur les forums selon laquelle aujourd'hui la différence de prix entre les chastotniks vectoriels et scalaires est inférieure à ce qu'elle était auparavant (15-35% selon le fabricant), et la principale différence est plus le firmware que les circuits. Notez également que la plupart des modèles vectoriels prennent en charge le contrôle scalaire.
Avantages:
- stabilité et précision accrues;
- réponse plus rapide aux changements de charge et couple élevé à basse vitesse;
- une plus large gamme de réglementations.
Le principal inconvénient est qu'il coûte plus cher que les scalaires.
Dans les deux cas, la fréquence peut être réglée manuellement ou par des capteurs, par exemple un capteur de pression ou un débitmètre (si nous parlons de pompes), un potentiomètre ou un encodeur.
Tous ou presque tous les convertisseurs de fréquence ont une fonction de démarrage en douceur, ce qui facilite le démarrage des moteurs à partir de générateurs d'urgence sans pratiquement aucun risque de le surcharger.
Nombre de phases
En plus des méthodes de réponse, les chastotniks diffèrent par le nombre de phases en entrée et en sortie. Distinguez donc les convertisseurs de fréquence à entrée monophasée et triphasée.
Dans le même temps, la plupart des modèles triphasés peuvent être alimentés par une seule phase, mais avec cette application, leur puissance diminue à 30-50%. Cela est dû à la charge de courant admissible sur les diodes et autres éléments du circuit de puissance. Les modèles monophasés sont disponibles dans la plage de puissance jusqu'à 3 kW.
Important! Notez qu'avec une connexion monophasée avec une tension d'entrée de 220V, il y aura une sortie de 3 phases de 220V, et non de 380V. Autrement dit, la sortie linéaire sera exactement 220V, en bref. À cet égard, les moteurs communs avec des enroulements conçus pour une tension de 380 / 220V doivent être connectés en triangle, et ceux en 127 / 220V - en étoile.
Sur le réseau, vous pouvez trouver de nombreuses offres telles que «convertisseur de fréquence 220 à 380» - c'est dans la plupart des cas du marketing, les vendeurs appellent les trois phases «380V».
Pour obtenir un vrai 380V à partir d'une phase, vous devez soit utiliser un transformateur monophasé 220/380 (si l'entrée du convertisseur de fréquence est conçue pour une telle tension), soit utiliser un convertisseur de fréquence spécialisé avec une entrée monophasée et une sortie triphasée 380V.
Un type distinct et plus rare de convertisseurs de fréquence sont les onduleurs monophasés avec une sortie monophasée 220. Ils sont conçus pour réguler les moteurs monophasés avec démarrage par condensateur. Un exemple de tels appareils sont:
- ERMAN ER-G-220-01
- INNOVERT IDD
Schéma de câblage
En réalité, pour obtenir une sortie triphasée d'un convertisseur de fréquence 380V, vous devez connecter une entrée triphasée 380V:
La connexion d'un chastotnik à une phase est similaire, sauf pour la connexion des fils d'alimentation:
Un convertisseur de fréquence monophasé pour un moteur avec un condensateur (pompe ou ventilateur basse puissance) est connecté comme suit:
Comme vous pouvez le voir sur les schémas, en plus des fils d'alimentation et des fils du moteur, le variateur de fréquence a d'autres bornes, capteurs, boutons du panneau de commande à distance, des bus pour la connexion à un ordinateur (généralement la norme RS-485), etc., sont connectés à eux. Cela permet de contrôler le moteur via des fils de signal minces, ce qui vous permet de retirer le convertisseur de fréquence dans un panneau électrique.
Les traceurs de fréquence sont des dispositifs universels dont le but n'est pas seulement le réglage de la vitesse, mais aussi la protection du moteur électrique contre les modes de fonctionnement et l'alimentation incorrects, ainsi que contre les surcharges. En plus de la fonction principale, les appareils réalisent un démarrage en douceur des entraînements, ce qui réduit l'usure des équipements et les charges de puissance. Le principe de fonctionnement et la profondeur des réglages des paramètres de la plupart des convertisseurs de fréquence vous permettent d'économiser de l'électricité lors du contrôle des pompes (auparavant, le contrôle était effectué non pas en raison des performances de la pompe, mais à l'aide de vannes) et d'autres équipements.
C'est là que nous terminons l'examen de la question. Nous espérons qu'après avoir lu l'article, vous comprendrez ce qu'est un convertisseur de fréquence et pourquoi il est nécessaire. Enfin, nous vous recommandons de regarder une vidéo utile sur le sujet:
Vous ne savez sûrement pas:
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