La maîtrise de ces 35 concepts d'onduleurs peut élever votre expertise à des niveaux impressionnants !
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Le terme VFD (Variable- Frequency Drive) pour un onduleur reflète sa fonction de contrôle des moteurs à courant alternatif en ajustant la fréquence et l'amplitude de l'alimentation électrique. En Asie, notamment en Chine et en Corée du Sud, le terme VVVF (Inverseur de fréquence variable à tension variable) a été utilisé en raison de l'influence japonaise. VVVF signifie tension variable et fréquence variable, faisant référence au réglage de la tension et de la fréquence, tandis que CVCF (tension constante et fréquence constante) indique une tension et une fréquence fixes.
Les sources d'alimentation sont classées en AC et DC. La majeure partie de l’énergie CC provient du courant alternatif par transformation, rectification et filtrage. L’alimentation CA représente environ 95 % de toute la consommation d’énergie, l’alimentation CA monophasée et triphasée étant conforme aux normes de tension et de fréquence spécifiques dans différents pays. Par exemple, en Chine continentale, le courant alternatif monophasé est de 220 V et le courant alternatif triphasé est de 380 V, tous deux à 50 Hz. Un onduleur convertit le courant alternatif à tension et fréquence fixes en courant alternatif à tension ou fréquence variable. Ce processus consiste à rectifier le courant alternatif en courant continu, puis à inverser le courant continu en courant alternatif, ce dernier processus étant spécifiquement appelé « inversion ». Les appareils qui convertissent le courant continu en courant alternatif à fréquence et tension fixes sont appelés onduleurs, tandis que ceux qui permettent une fréquence et une tension réglables sont appelés variateurs de fréquence.
Les onduleurs produisent des ondes sinusoïdales simulées, principalement utilisées pour le contrôle de vitesse des moteurs asynchrones triphasés, et sont également connus sous le nom de contrôleurs de vitesse à fréquence variable. Pour les applications nécessitant des formes d'onde de haute qualité, telles que les équipements de test en instrumentation, la forme d'onde est affinée pour produire une onde sinusoïdale standard, et ces dispositifs sont appelés alimentations à fréquence variable. Les alimentations à fréquence variable sont généralement 15 à 20 fois plus chères que les variateurs de fréquence. Le composant principal responsable de la génération de tension ou de fréquence variable dans l'équipement onduleur est « l'onduleur », d'où le nom du produit « onduleur ». Les onduleurs sont également utilisés dans les appareils électroménagers, tels que les climatiseurs et les lampes fluorescentes. Dans les applications de commande de moteur, les onduleurs peuvent ajuster à la fois la tension et la fréquence, tandis que ceux utilisés pour les lampes fluorescentes régulent principalement la fréquence d'alimentation. Les appareils installés dans les voitures qui convertissent l'alimentation de la batterie (CC) en courant alternatif sont également vendus sous le nom d'« onduleur ». Le principe de fonctionnement des onduleurs est largement appliqué dans divers domaines, tels que les alimentations informatiques, où les onduleurs suppriment les tensions inverses, les fluctuations de fréquence et les pannes de courant instantanées.
Qu'est-ce qu'un onduleur ?
Un onduleur est un dispositif qui convertit la puissance de fréquence du service public en une autre fréquence en utilisant l'action de commutation de dispositifs à semi-conducteurs de puissance. Il se compose de deux circuits principaux : le circuit principal (module redresseur, condensateur électrolytique et module onduleur) et le circuit de commande (carte d'alimentation à découpage et carte de circuit de commande). Le CPU est installé sur la carte de circuit imprimé de commande, avec le logiciel d'exploitation de l'onduleur programmé dans le CPU. Le logiciel pour le même modèle d'onduleur est généralement fixe, à l'exception de l'onduleur Sanjing, dont le logiciel peut être ajusté en fonction des exigences d'utilisation.
Quelles sont les différences entre PWM et PAM ?
PWM (Pulse width Modulation) ajuste la largeur des impulsions dans un train d'impulsions selon un modèle spécifique pour réguler la sortie et la forme d'onde. PAM (Pulse Amplitude Modulation) ajuste l'amplitude des impulsions dans un train d'impulsions pour réguler la sortie et la forme d'onde.
Quelles sont les différences entre les onduleurs de type tension et de type courant ?
Le circuit principal d'un onduleur peut être divisé en deux types : les onduleurs de type tension convertissent la source de tension continue en courant alternatif à l'aide de condensateurs pour le filtrage du circuit continu, tandis que les onduleurs de type courant convertissent la source de courant continu en courant alternatif à l'aide d'inductances pour le filtrage du circuit continu.
Pourquoi la tension et la fréquence d'un onduleur changent-elles proportionnellement ?
Le couple d'un moteur à induction est produit par l'interaction entre le flux magnétique et le courant du rotor. À la fréquence nominale, si la tension est constante et la fréquence réduite, le flux magnétique peut devenir excessif, entraînant une saturation du circuit magnétique et des dommages potentiels au moteur. Par conséquent, la tension et la fréquence doivent changer proportionnellement. Cette méthode de contrôle est couramment utilisée dans les onduleurs à économie d'énergie pour les ventilateurs et les pompes.
Lorsqu'un moteur à induction est entraîné par la puissance de fréquence du secteur et que la tension chute, le courant augmente. Pour les moteurs entraînés par variateur, si la tension diminue lorsque la fréquence diminue, le courant augmente-t-il ?
Lorsque la fréquence diminue (basse vitesse), le courant augmente pour maintenir la même puissance de sortie. Cependant, dans des conditions de couple constant, le courant reste relativement stable.
Quels sont le courant et le couple de démarrage lors du fonctionnement d'un moteur avec un variateur ?
Avec un inverseur, à mesure que le moteur accélère, la fréquence et la tension augmentent en conséquence, limitant le courant de démarrage à moins de 150 % du courant nominal (125 % à 200 % selon le modèle). Le démarrage direct en ligne avec l'alimentation à fréquence secteur entraîne des courants de démarrage six à sept fois supérieurs au courant nominal, provoquant des contraintes mécaniques et électriques. Les moteurs entraînés par variateur démarrent en douceur (avec un temps de démarrage prolongé), avec un courant de démarrage compris entre 1,2 et 1,5 fois le courant nominal et un couple de démarrage compris entre 70 % et 120 % du couple nominal. Pour les variateurs avec augmentation automatique du couple, le couple de démarrage dépasse 100 %, permettant des démarrages à pleine charge.
Qu'est-ce que le mode V/f ?
Lorsque la fréquence diminue, la tension V diminue également proportionnellement. La relation proportionnelle entre V et f est déterminée en fonction des caractéristiques du moteur et est généralement stockée dans la mémoire (ROM) du contrôleur. Plusieurs caractéristiques peuvent être sélectionnées via des interrupteurs ou des potentiomètres.
Comment le couple moteur change-t-il lorsque V et f sont ajustés proportionnellement ?
Si la tension est réduite proportionnellement à la fréquence, la tendance du couple à diminuer à basse vitesse est due à une impédance CA réduite et à une résistance CC inchangée. Pour compenser et obtenir un couple de démarrage suffisant aux basses fréquences, la tension de sortie doit être légèrement augmentée. Cette compensation, connue sous le nom d'augmentation de couple, peut être obtenue par diverses méthodes, notamment l'ajustement automatique, la sélection du mode V/f ou les réglages du potentiomètre.
Si le manuel spécifie une plage de vitesse de 60 à 6 Hz (10 : 1), cela signifie-t-il qu'il n'y a pas de puissance de sortie inférieure à 6 Hz ?
La puissance peut toujours être émise en dessous de 6 Hz. Cependant, compte tenu de l'augmentation de la température du moteur et du couple de démarrage, la fréquence de fonctionnement minimale est réglée autour de 6 Hz pour éviter un échauffement excessif tout en maintenant le couple nominal. La fréquence de sortie réelle (fréquence de démarrage) de l'onduleur varie selon le modèle, allant généralement de 0,5 Hz à 3 Hz.
Est-il possible de maintenir un couple constant avec une combinaison de moteurs standard supérieure à 60 Hz ?
En général, ce n'est pas possible. Au-dessus de 60 Hz (ou 50 Hz dans certains modes), la tension reste constante, ce qui donne des caractéristiques de puissance à peu près constantes. Lorsqu'un couple constant est requis à des vitesses élevées, une sélection minutieuse des capacités du moteur et du variateur est essentielle.
Qu’est-ce que le contrôle en boucle ouverte ?
Lorsqu'un détecteur de vitesse (PG) est installé sur le moteur et que la vitesse réelle est renvoyée au dispositif de commande pour régulation, on parle de contrôle « en boucle fermée ». Le fonctionnement sans retour PG est appelé contrôle « en boucle ouverte ». Les onduleurs à usage général utilisent généralement un contrôle en boucle ouverte, bien que certains modèles proposent un retour PG en option. Le contrôle en boucle fermée sans capteur de vitesse estime la vitesse réelle du moteur sur la base d'un modèle mathématique de flux, formant ainsi un système de contrôle en boucle fermée avec un capteur de vitesse virtuel.
Que se passe-t-il en cas de différence entre la vitesse réelle et la vitesse programmée ?
En contrôle en boucle ouverte, même si le variateur produit la fréquence définie, la vitesse du moteur peut varier dans la plage de glissement nominal (1 % à 5 %) sous charge. Pour les applications nécessitant une précision de régulation de vitesse élevée et un fonctionnement à vitesse proche malgré les changements de charge, des variateurs avec retour PG (disponibles en option) peuvent être utilisés.
La précision de la vitesse peut-elle être améliorée à l’aide d’un moteur avec retour PG ?
Les variateurs avec retour PG offrent une précision de vitesse améliorée. Cependant, la précision réelle de la vitesse dépend de la précision du PG et de la résolution de la fréquence de sortie du variateur.
Qu'est-ce que la fonction anti-décrochage ?
Si le temps d'accélération défini est trop court, la fréquence de sortie du variateur peut changer beaucoup plus rapidement que la vitesse du moteur (fréquence angulaire électrique), provoquant une surintensité et le déclenchement du variateur, ce qui interrompt le fonctionnement. C’est ce qu’on appelle le décrochage. Pour éviter le calage et maintenir le fonctionnement du moteur, l'onduleur surveille le courant et ajuste la fréquence. Pendant l'accélération, si le courant devient excessif, le taux d'accélération est réduit. Il en va de même pour la décélération. Ensemble, ces mécanismes constituent la fonction anti-décrochage.
Quelle est l'importance des onduleurs qui permettent des réglages séparés pour les temps d'accélération et de décélération par rapport àceux qui utilisent un paramètre commun ?
Les variateurs qui permettent des réglages séparés des temps d'accélération et de décélération conviennent aux applications nécessitant une brève accélération et une décélération progressive, ou aux petites machines-outils ayant des exigences strictes en matière de rythme de production. En revanche, pour les applications telles que les entraînements de ventilateur, où les temps d'accélération et de décélération sont tous deux longs, un paramètre commun pour les temps d'accélération et de décélération est approprié.
Qu’est-ce que le freinage régénératif ?
Lorsque la fréquence de commande est réduite pendant le fonctionnement du moteur, le moteur passe en mode générateur asynchrone et fonctionne comme un frein. Ce processus est connu sous le nom de freinage régénératif (électrique).
Peut-on obtenir une force de freinage plus importante ?
L'énergie régénérée par le moteur est stockée dans le condensateur de filtrage de l'onduleur. En raison des limites de capacité et de tension nominale du condensateur, la force de freinage régénérative dans les variateurs à usage général est d'environ 10 à 20 % du couple nominal. Avec des unités de freinage en option, ce pourcentage peut être augmenté de 50 à 100 %.
Quelles sont les fonctions de protection d'un onduleur ?
Les fonctions de protection peuvent être classées comme suit :
(1) Correction automatique des conditions anormales, telles que la prévention du décrochage par surintensité et la prévention du décrochage par surtension par régénération.
(2) Blocage des signaux de commande PWM pour alimenter les semi-conducteurs lors de la détection d'anomalies, provoquant l'arrêt automatique du moteur. Les exemples incluent l'arrêt par surintensité, l'arrêt par surtension régénérative, la protection contre la surchauffe du ventilateur de refroidissement des semi-conducteurs et la protection instantanée contre les pannes de courant.
Pourquoi la fonction de protection de l'onduleur s'active-t-elle lors de l'utilisation d'un embrayage pour une charge continue ?
Lorsqu'un embrayage connecte la charge, le moteur passe rapidement de l'absence de charge à une région de glissement élevé. Le courant élevé qui en résulte provoque le déclenchement de l'onduleur en raison d'une surintensité, interrompant ainsi le fonctionnement.
Pourquoi l'onduleur s'arrête-t-il pendant le fonctionnement alors que de gros moteurs démarrent dans la même installation ?
Lors du démarrage du moteur, le courant d'appel correspond à la capacité du moteur, provoquant une chute de tension côté stator du transformateur. Pour les gros moteurs, cette chute de tension peut affecter considérablement les autres équipements connectés au même transformateur. L'onduleur peut interpréter cela à tort comme une sous-tension ou une perte de puissance instantanée, déclenchant sa fonction de protection (IPE) et provoquant son arrêt.
Qu'est-ce que la résolution de l'onduleur et pourquoi est-elle importante ?
Pour les variateurs à commande numérique, même si la commande de fréquence est un signal analogique, la fréquence de sortie est fournie par étapes discrètes. La plus petite unité de ces étapes est appelée résolution de l'onduleur. Généralement, la résolution de l'onduleur varie de 0,015 Hz à 0,5 Hz. Par exemple, avec une résolution de 0,5 Hz, les fréquences supérieures à 23 Hz peuvent être ajustées à 23,5 Hz ou 24,0 Hz, ce qui entraîne un fonctionnement du moteur pas à pas. Cela peut être problématique pour des applications telles que le contrôle continu des enroulements. Dans de tels cas, une résolution d'environ 0,015 Hz garantit que pour un moteur tétrapolaire, chaque pas correspond à moins de 1 tr/min, offrant une adaptabilité suffisante. Certains modèles d'onduleurs font la différence entre la résolution de commande et la résolution de sortie.
Existe-t-il des restrictions concernant le sens d'installation d'un onduleur ?
La conception de l'onduleur prend en compte l'efficacité du refroidissement des composants internes et de l'arrière. L'orientation de l'unité est cruciale pour la ventilation. Pour les onduleurs de type unité montés sur panneau ou muraux, une installation verticale en position longitudinale est recommandée.
Est-il possible de connecter directement un moteur à un variateur de fréquence fixe sans utiliser de démarreur progressif ?
Aux très basses fréquences, cela est possible. Cependant, si la fréquence définie est élevée, les conditions ressemblent à un démarrage direct en ligne avec l'alimentation à fréquence secteur. Cela peut entraîner des courants de démarrage excessifs (six à sept fois le courant nominal) et comme le variateur se déclenche pour se protéger contre les surintensités, le moteur ne démarrera pas.
Quelles précautions faut-il prendre lors du fonctionnement d'un moteur au-dessus de 60 Hz ?
Lorsque vous travaillez au-dessus de 60 Hz, tenez compte des points suivants :
(1) S'assurer que les équipements mécaniques et connexes peuvent résister à un fonctionnement à de telles vitesses (résistance mécanique, bruit, vibrations, etc.).
(2) Le moteur entre dans la plage de puissance de sortie constante et son couple de sortie doit supporter la charge de travail (pour les ventilateurs et les pompes, la puissance de sortie de l'arbre augmente avec le cube de la vitesse, de sorte que même de légères augmentations de vitesse nécessitent une attention particulière).
(3) La durée de vie des roulements peut être affectée et doit être soigneusement étudiée.
(4) Pour les moteurs de moyenne à grande capacité, en particulier les moteurs bipolaires, consultez le fabricant avant de fonctionner au-dessus de 60 Hz.
Les onduleurs peuvent-ils entraîner des motoréducteurs ?
En fonction de la structure du réducteur et de la méthode de lubrification, plusieurs considérations s'appliquent. En règle générale, les structures d'engrenages peuvent tolérer un maximum de 70 à 80 Hz. Avec une lubrification à l'huile, un fonctionnement continu à basse vitesse peut endommager les engrenages.
Les onduleurs peuvent-ils piloter des moteurs monophasés ? Peuvent-ils fonctionner avec une alimentation monophasée ?
Généralement, ce n’est pas réalisable. Pour les moteurs monophasés équipés de régulateurs de vitesse ou de mécanismes de démarrage par interrupteur, une réduction de la vitesse en dessous du point de fonctionnement peut surchauffer l'enroulement auxiliaire. Pour les types à démarrage ou fonctionnement par condensateur, une explosion du condensateur peut se produire. Les onduleurs nécessitent généralement une alimentation triphasée, bien que certains modèles de petite capacité puissent fonctionner sur une alimentation monophasée.
Quelle quantité d’énergie un onduleur consomme-t-il lui-même ?
La consommation d'énergie dépend du modèle d'onduleur, de l'état de fonctionnement et de la fréquence d'utilisation. Il est difficile de préciser des valeurs exactes. Cependant, le rendement de l'onduleur en dessous de 60 Hz est d'environ 94 % à 96 %, ce qui peut être utilisé pour estimer les pertes. Pour les variateurs avec freinage régénératif intégré (par exemple, série FR-K), la prise en compte des pertes de freinage augmente la consommation d'énergie, un facteur à prendre en compte lors de la conception du panneau de commande.
Pourquoi un fonctionnement continu ne peut-il pas se produire sur toute la plage de 6 à 60 Hz ?
La plupart des moteurs utilisent des ventilateurs externes sur l'arbre ou des pales sur l'anneau d'extrémité du rotor pour le refroidissement. Une vitesse réduite diminue l'efficacité du refroidissement, empêchant le moteur de supporter la même génération de chaleur qu'à des vitesses élevées. Pour résoudre ce problème, réduisez le couple de charge à basse vitesse, utilisez une combinaison variateur et moteur de plus grande capacité, ou utilisez un moteur spécialisé.
Quelles précautions faut-il prendre lors de l'utilisation d'un moteur avec frein ?
Le circuit d'excitation du frein doit être alimenté depuis le côté entrée du variateur. Si le frein s'active alors que l'onduleur produit de la puissance, une surintensité peut provoquer un arrêt. Par conséquent, assurez-vous que le frein ne s'active qu'une fois que l'onduleur a cessé de produire de la puissance.
Pourquoi le moteur ne démarre-t-il pas lors de l'utilisation d'un onduleur pour piloter un moteur avec des condensateurs d'amélioration du facteur de puissance ?
Le courant de l’onduleur circule dans les condensateurs d’amélioration du facteur de puissance. Le courant de charge peut déclencher une surintensité (OCT) dans l'onduleur, empêchant le démarrage. Pour résoudre ce problème, retirez les condensateurs et faites fonctionner le moteur. Pour améliorer le facteur de puissance, l'installation d'une self AC du côté entrée de l'onduleur est efficace.
Quelle est la durée de vie d'un onduleur ?
Bien que les onduleurs soient des appareils statiques, ils contiennent des composants consommables tels que des condensateurs de filtrage et des ventilateurs de refroidissement. Avec un entretien régulier de ces pièces, un onduleur peut durer plus de dix ans.
Comment le ventilateur de refroidissement est-il orienté dans un onduleur et que se passe-t-il en cas de panne ?
Certains onduleurs de petite capacité ne disposent pas de ventilateurs de refroidissement. Pour les modèles équipés de ventilateurs, le flux d’air se fait généralement de bas en haut. Lors de l'installation d'un onduleur, évitez de placer un équipement qui obstrue l'entrée et la sortie d'air au-dessus et au-dessous de l'unité. Ne placez pas de composants sensibles à la chaleur au-dessus de l'onduleur. Les pannes de ventilateur sont protégées en détectant l'arrêt du ventilateur ou la surchauffe du ventilateur de refroidissement.
Comment déterminer la durée de vie des condensateurs de filtrage ?
Les condensateurs de filtrage, utilisés comme condensateurs, perdent progressivement leur capacité électrostatique au fil du temps. Mesurez régulièrement la capacité électrostatique et considérez que la durée de vie du condensateur est expirée lorsqu'il atteint 85 % de la capacité nominale.
Existe-t-il des restrictions concernant le sens d'installation d'un onduleur ?
Les onduleurs sont généralement logés dans des panneaux. Cependant, les panneaux entièrement fermés sont encombrants, prennent de la place et sont coûteux. Les mesures d'atténuation comprennent :
(1) Conception de panneaux pour le refroidissement requis de l'équipement réel.
(2) Augmentation de la zone de refroidissement à l'aide de dissipateurs thermiques, d'ailettes et d'agents de refroidissement en aluminium.
(3) Utilisation de caloducs.
De plus, des modèles d'onduleurs avec des faces arrière exposées ont été développés.
Comment sélectionner la capacité de l’onduleur pour augmenter la vitesse de la bande transporteuse à 80 Hz ?
La consommation électrique des bandes transporteuses est proportionnelle à la vitesse. Pour fonctionner à 80 Hz, la puissance du variateur et du moteur doit être augmentée proportionnellement à 80 Hz/50 Hz, soit une augmentation de capacité de 60 %.
Précautions lors de l'entretien et de l'inspection :
(1) Après avoir coupé l'alimentation d'entrée, attendez au moins 5 minutes avant de commencer l'inspection (assurez-vous que le voyant LED de charge est éteint) pour éviter un choc électrique.
(2) La maintenance, l'inspection et le remplacement des composants doivent être effectués par du personnel qualifié. Retirez tous les objets métalliques (montres, bracelets, etc.) avant de commencer les travaux et utilisez des outils isolés.
(3) Ne modifiez pas l'onduleur arbitrairement pour éviter les chocs électriques et les dommages au produit.
(4) Avant de réparer l'onduleur, confirmez la tension d'entrée. Connecter une alimentation 380 V à un onduleur de classe 220 V peut provoquer des dommages (condensateur, varistance, explosion de module, etc.).
Les onduleurs, composés principalement d'éléments semi-conducteurs, nécessitent une inspection quotidienne pour se prémunir contre les environnements de travail défavorables, tels que la température, l'humidité, la poussière et les vibrations, et pour éviter les défauts résultant des limitations de la durée de vie des composants.
Éléments d'inspection :
(1) Inspection quotidienne : Vérifiez que l'onduleur fonctionne comme requis. Utilisez un voltmètre pour vérifier les tensions d'entrée et de sortie pendant que l'onduleur fonctionne.
(2) Inspection périodique : Inspectez toutes les zones accessibles uniquement lorsque l'onduleur est arrêté.
(3) Remplacement des composants : la durée de vie des composants est fortement influencée par les conditions d'installation.