Un Entraînement à fréquence variable (VFD) est un appareil qui convertit l’énergie à fréquence fixe (utilitaire) en énergie à fréquence réglable. Différents pays utilisent différentes fréquences électriques, généralement 50 Hz ou 60 Hz. Dans les applications automobiles, les VFD sont largement utilisés pour contrôler la vitesse du moteur, améliorer l’efficacité ou s’adapter aux différentes conditions de charge.
Étant donné que les VFD servent d’intermédiaire entre l’alimentation et le moteur, une bonne adéquation entre le moteur et le VFD est cruciale. Différentes caractéristiques de charge du moteur nécessitent différentes spécifications de performances VFD.
1. Relation tension-fréquence dans les VFD
Pour les moteurs à induction, le couple est généré par l’interaction entre le flux magnétique et le courant du rotor. En cas de fonctionnement en dessous de la fréquence nominale du moteur :
• Si la tension reste inchangée, le flux magnétique peut saturer, entraînant une surchauffe et un grillage potentiel du moteur.
• Par conséquent, la tension doit être réduite proportionnellement à la fréquence pour maintenir un flux constant (contrôle V/F).
• Cette méthode est couramment utilisée dans applications de ventilateurs et de pompes, où le couple de charge varie avec la vitesse.
2. Variations actuelles selon différents modes de fonctionnement
Pour les moteurs à fréquence secteur :
• Si la tension chute en dessous de la valeur nominale tout en conservant la même puissance de sortie, le courant augmente considérablement, provoquant souvent un grillage des enroulements, en particulier dans les configurations d'alimentation temporaires.
Pour Moteurs alimentés par VFD:
• Mode puissance constante (fonctionnement à basse vitesse):
Si le moteur doit fournir la même puissance à des vitesses inférieures, le courant augmente, ce qui présente un risque de surchauffe.
• Mode couple constant:
Le courant reste relativement stable puisque la demande de couple ne change pas radicalement.
3. Test d'un moteur 60 Hz avec une alimentation 50 Hz
De nombreuses nouvelles installations d'essai sont équipées de alimentations à fréquence variable, permettant de tester les moteurs à leur fréquence nominale. Cependant, les équipements de test ou les ateliers de réparation plus anciens peuvent ne pas disposer de cette capacité.
Solution pour tester un moteur 60 Hz avec une puissance de 50 Hz:
• Puisque la fréquence affecte l'impédance du moteur, la tension doit être ajustée pour éviter un courant excessif.
• Appliquer une tension d'essai réduite calculée comme suit :
Tension d'essai = tension nominale/1,2
(Exemple : pour un moteur de 460 V, 60 Hz, testez à ~383 V, 50 Hz pour éviter la saturation magnétique.)
1. Bruit électrique et EMI
La commutation haute fréquence dans les VFD peut provoquer des interférences électromagnétiques (EMI), affectant les équipements sensibles à proximité.
Solutions : utilisez des câbles blindés, une mise à la terre appropriée et des filtres EMI.
2. Contrainte d'isolation du moteur
Les VFD produisent des pointes de haute tension (dv/dt), qui peuvent dégrader l'isolation du moteur au fil du temps.
Atténuation : utilisez des moteurs classés VFD avec une isolation renforcée ou installez des filtres/inductances de sortie.
3. Courants porteurs et dommages
Les courants à haute fréquence peuvent induire des tensions sur l'arbre, entraînant des cannelures des roulements et une défaillance prématurée.
Prévention : Utiliser des roulements isolés ou des bagues de mise à la terre de l'arbre.
4. Surchauffe à basse vitesse
Étant donné que les ventilateurs de refroidissement du moteur perdent de leur efficacité à des vitesses réduites, une ventilation forcée peut s'avérer nécessaire en cas de fonctionnement prolongé à basse vitesse.
5. Distorsion harmonique
Les VFD introduisent des harmoniques dans le système électrique, affectant potentiellement d’autres appareils connectés.
Solution : installez des filtres d'harmoniques ou des lecteurs frontaux actifs (AFE).
Alors que les VFD offrent contrôle de vitesse flexible et économies d'énergie, une mauvaise application peut entraîner des dommages au moteur, une inefficacité et une instabilité du système. Une bonne coordination tension-fréquence, la compatibilité moteur-VFD et l'atténuation des perturbations électriques sont essentielles pour un fonctionnement fiable.
Pour Moteurs 60 Hz testé sur une puissance de 50 Hz, le déclassement de tension (V/1,2) est essentiel pour éviter un courant excessif et une saturation magnétique. De plus, en abordant EMI, contraintes d'isolation, courants de roulement et défis de refroidissement garantit la fiabilité à long terme du moteur dans les systèmes pilotés par VFD.
