VARIATEUR ÉLECTRONIQUE DE VITESSE (VFD)

Le variateur électronique de vitesse gère le fonctionnement d’un moteur. Il optimise son fonctionnement en tirant parti des différentes capacités d’un VFD. Ce dispositif est utilisé uniquement avec les moteurs à courant alternatif, pas avec les moteurs à courant continu.

Les moteurs électriques sont devenus un élément essentiel de l’industrie ; on en trouve de presque tous les types, et leurs fonctions sont innombrables. Des mélangeurs à grande vitesse à une bande transporteuse dans une chaîne de conditionnement, le dispositif est incomplet sans l’intervention du moteur et sa commande est très délicate. 

La méthode la plus courante pour commander le moteur était auparavant de recourir à des mécanismes basés sur des boîtes de vitesses. Elle ne permettait qu’une capacité de commande limitée, avec des difficultés d’exploitation et de maintenance. Qui plus est, il était également long et difficile de procéder à un remplacement. 

Fonctionnement

Le variateur électronique de vitesse commande la vitesse du moteur en variant la fréquence qui lui est fournie. Comme la vitesse du moteur est directement liée à la fréquence, il est possible de commander efficacement la vitesse du moteur en modifiant la fréquence en fonction des besoins.

Les trois principales étapes du fonctionnement d’un variateur électronique de vitesse sont les suivantes

1. Conversion du courant alternatif en courant continu

À cette étape, la tension alternative d’entrée est convertie en tension continue. Le circuit qui remplit cette fonction est constitué d’un pont redresseur composé de six diodes. Le signal de sortie en courant continu à ce stade contient des ondulations qui ne sont pas utiles et qui atténuent le signal. Les ondulations du courant alternatif sont éliminées et envoyées à l’étape suivante.

2. Section de filtrage

Cette étape permet d’éliminer toute ondulation de la tension continue par rapport à la précédente étape. Le convertisseur devient l’entrée du circuit de condensateur qui sert de filtre. Le filtre est supprimé, ce qui permet d’obtenir une forme d’onde continue lisse.

3. Conversion du courant continu en courant alternatif 

Cette dernière étape permet d’obtenir un produit prêt à être utilisé par le moteur. Durant cette phase, appelé phase d’onduleur, le courant continu est reconverti en courant alternatif, d’où l’autre nom de VFD, c’est-à-dire onduleur. La conversion s’effectue ici par l’utilisation de dispositifs d’électroniques de puissance, appelés IGBT, et la technique est appelée modulation de largeur d’impulsion.

Avantages

Les avantages du variateur électronique de vitesse peuvent être nombreux selon l’application visée. Mais il y a des avantages communs à tous les secteurs d’activité qui font leur force et leur fiabilité.

Le variateur électronique de vitesse peut remplir de nombreuses fonctions pour le moteur. Ce qui signifie que vous pouvez utiliser un seul VFD pour plus d’une application, sans avoir besoin de matériel supplémentaire.

Souplesse dans la commande de la vitesse 

Le dispositif VFD peut être utilisé pour faire fonctionner le moteur à différents niveaux, en douceur. En fonction de l’application, nous pouvons utiliser un système manuel par le biais d’un potentiomètre, d’un CPL ou d’un contrôleur. Il est également possible de fixer la vitesse au même niveau.

Ramp-up et Ramp-Down

Il est possible d’augmenter progressivement la vitesse du moteur jusqu’à la valeur maximale et de la réduire progressivement jusqu’au niveau zéro dans certaines applications, principalement dans le domaine des mouvements mécaniques. Le problème est qu’il peut entraîner une usure du système mécanique. Dans cette procédure, le VFD actionne le moteur ; il est à juste titre souvent appelé respectivement Ramp-up et Ramp-Down

Remplacement simple

Il est possible de remplacer le VFD sans aucune procédure substantielle et longue. Il suffira de remettre le câblage en place après la réinstallation du nouveau VFD. Le remplacement se fait également sans problème, car le VFD se trouve dans un endroit accessible : le panneau électrique.

Il est aussi simple à programmer. Le VFD peut être paramétré à l’aide des boutons du panneau de commande local, sans qu’il soit nécessaire d’installer un logiciel supplémentaire.

Système de sécurité intégré

Le variateur électronique de vitesse est doté de nombreux dispositifs de sécurité, tant pour le moteur que pour le variateur lui-même. Pour toute défaillance du moteur, il oblige à arrêter celui-ci, jusqu’à ce que la panne disparaisse. Cette aptitude permet de travailler en toute sécurité sans avoir à dépenser pour des éléments de sécurité supplémentaires.

Mode de sélection d’un VFD pour votre application

Les moteurs sont de plusieurs types, chacun étant conçu pour une puissance particulière. Les principaux points à prendre en compte lors de la sélection d’un VFD pour différents types de moteurs sont les suivants

Tension d’entrée 

La tension d’entrée est la tension qui est utilisée pour alimenter le VFD. Certains VFD nécessitent une entrée triphasée de 380 – 400 V alors que d’autres nécessitent une entrée monophasée de 220 – 230 V.

Tension de sortie

La tension de sortie est la tension qui va directement au moteur et qui est utilisée pour faire fonctionner le moteur. La tension de sortie peut être monophasée 220 – 230 V ou triphasée 380 – 400 V En effet, certains moteurs sont monophasés et d’autres sont triphasés

Charge nominale

La charge nominale est le paramètre qui décrit la charge que peut supporter un VFD. Elle dépend de la taille du moteur. Un petit moteur nécessite une petite charge nominale alors qu’un gros moteur nécessite une grande charge nominale. Elle est exprimée en kilowatts (kW), en chevaux-vapeur (CH) ou en ampères (A).

Méthode de commande du moteur

Cette caractéristique décrit la méthode par laquelle le VFD commande le moteur. Elle comprend un dispositif de démarrage ou d’arrêt du moteur et des commandes pour contrôler la vitesse du moteur.

Commande de la vitesse

Pour la commande de la vitesse, les méthodes suivantes peuvent être utilisées :

• Potentiomètre externe : Le potentiomètre externe est utilisé pour contrôler la sortie du VFD, qui commande directement la vitesse du moteur.
• Signal de référence : La méthode consiste à utiliser un CPL ou un contrôleur pour générer des signaux analogiques à l’entrée du VFD désigné. Ensuite, ces signaux analogiques sont utilisés pour contrôler la sortie du VFD, ce qui entraîne différents niveaux de vitesse. Les signaux de référence peuvent être de 0 à 10 volts ou de 4 à 20 mA.

Démarrage ou arrêt du moteur 

Voici les méthodes les plus courantes pour les commandes d’arrêt et de démarrage des moteurs :

• Bouton marche-arrêt : Le démarrage ou l’arrêt du moteur se fait à l’aide d’un bouton externe. 
• CPL/Contrôleur : le CPL ou un contrôleur est utilisé pour générer la sortie numérique qui arrive à l’entrée numérique du VFD.

Méthodes en réseau

Elles permettent à la VFD de communiquer en réseau. Ce sont des appareils de type en série ou de type Ethernet.