Qu'est-ce qu'un variateur de vitesse ?

Un variateur de vitesse, également appelé variateur AV ou variateur de fréquence (VFD), est un type de contrôleur de moteur utilisé pour contrôler la vitesse et le couple d'un moteur électrique. Il se situe généralement entre l'alimentation électrique et le moteur. [1]

Un variateur de vitesse se compose de plusieurs éléments clés qui fonctionnent ensemble. Ces composants comprennent des semi-conducteurs de puissance, une unité de commande, un redresseur, un bus CC et un onduleur de sortie.

Les semi-conducteurs de puissance jouent un rôle crucial dans la conversion du courant alternatif entrant en courant continu, qui est ensuite stocké dans le bus continu. L'unité de contrôle gère le fonctionnement du variateur et surveille divers paramètres tels que la vitesse, le courant et la tension. Elle ajuste également la fréquence et la tension de sortie afin d'obtenir la vitesse et le couple souhaités pour le moteur.

Le redresseur est chargé de convertir le courant alternatif entrant en courant continu, qui est ensuite stocké dans le bus continu. Cette énergie stockée est utilisée pour alimenter l'onduleur de sortie, qui reconvertit le courant continu en courant alternatif à la fréquence et à la tension souhaitées pour contrôler la vitesse du moteur.

Outre ces composants principaux, un variateur de vitesse peut également inclure des fonctions supplémentaires telles que des résistances de freinage, des filtres et des interfaces de communication pour la connexion à des dispositifs externes.

Les variateurs de vitesse sont utilisés dans une grande variété d'applications dans différents secteurs. L'utilisation d'un variateur de vitesse pour ajuster la vitesse et l'accélération d'un moteur élargit la gamme de ses applications par rapport à un moteur fonctionnant à vitesse constante[2]. [On les trouve couramment dans le secteur manufacturier, où ils sont utilisés dans les systèmes de convoyage, les pompes, les ventilateurs et les compresseurs pour contrôler la vitesse et le couple des moteurs électriques. Dans l'industrie automobile, les variateurs de vitesse sont utilisés dans les chaînes de montage et les systèmes robotisés pour assurer un contrôle précis de la vitesse et de la position des moteurs. Ils sont également utilisés dans les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation pour réguler la vitesse des appareils de traitement de l'air et des refroidisseurs, afin d'améliorer l'efficacité énergétique et de réduire les coûts d'exploitation.

Dans le secteur des énergies renouvelables, les variateurs de vitesse jouent un rôle essentiel dans la conversion du courant continu (CC) produit par les panneaux solaires ou les éoliennes en courant alternatif (CA) destiné aux particuliers et aux entreprises. Ils sont également utilisés dans les systèmes raccordés au réseau et hors réseau pour gérer le flux d'électricité et assurer une alimentation stable.

En outre, les variateurs de vitesse sont utilisés dans les secteurs de la marine et de l'aérospatiale pour contrôler les systèmes de propulsion des navires et des avions, ainsi que dans les applications de traction telles que les trains et les tramways électriques. Dans les secteurs commercial et résidentiel, ils sont utilisés dans les ascenseurs, les escaliers mécaniques et les ouvre-portes de garage pour assurer un contrôle fluide et fiable des mouvements.

La principale différence entre un entraînement direct et un entraînement par onduleur réside dans la manière dont ils contrôlent la vitesse d'un moteur électrique.

Un système d'entraînement direct est une configuration simple dans laquelle le moteur est connecté directement à la charge sans aucune transmission intermédiaire. Cela signifie que la vitesse du moteur est directement proportionnelle à la vitesse de la charge. Dans un système à entraînement direct, le moteur tourne à une vitesse constante et la charge est réglée pour s'adapter à cette vitesse. Les systèmes à entraînement direct sont souvent utilisés dans des applications où un contrôle précis de la vitesse n'est pas nécessaire, comme les ventilateurs et les pompes.

En termes de performances, un variateur de vitesse offre un certain nombre d'avantages par rapport à un système à entraînement direct. Tout d'abord, il permet un meilleur rendement énergétique en ajustant la vitesse du moteur aux exigences de la charge, plutôt que de fonctionner à une vitesse constante quelle que soit la charge. Cela permet de réaliser d'importantes économies d'énergie, en particulier dans les applications où la charge varie dans le temps.

En outre, un variateur de vitesse permet un contrôle plus souple et plus précis de la vitesse, ce qui le rend adapté aux applications qui exigent des niveaux élevés de précision, telles que les machines à commande numérique et les systèmes de convoyage. La possibilité d'augmenter ou de réduire progressivement la vitesse du moteur réduit également l'usure du moteur et des autres composants mécaniques, prolongeant ainsi leur durée de vie.

Les variateurs de vitesse sont devenus de plus en plus populaires dans diverses industries en raison des nombreux avantages qu'ils offrent. En voici quelques-uns :

1. Économies d'énergie - Les variateurs de vitesse permettent d'économiser de l'énergie en contrôlant la vitesse du moteur en fonction des besoins de la charge, ce qui réduit la consommation d'énergie
2. Réduction des contraintes mécaniques - En contrôlant la vitesse et le couple, les variateurs de vitesse permettent de réduire les contraintes mécaniques sur les équipements, ce qui se traduit par une durée de vie plus longue et des coûts de maintenance réduits
3. Amélioration du contrôle - Les variateurs de vitesse offrent un contrôle précis de la vitesse et du couple du moteur, ce qui permet de mieux contrôler les processus et d'améliorer la qualité des produits
4. Démarrage et arrêt en douceur - Les variateurs de vitesse permettent un démarrage et un arrêt en douceur du moteur, ce qui réduit l'usure de l'équipement et minimise les surtensions
5. Flexibilité - Les variateurs de vitesse peuvent être réglés pour s'adapter à différentes conditions de charge, ce qui permet une grande flexibilité dans les applications et les processus
6. Gain de place - Les variateurs de vitesse sont compacts et occupent moins de place que les dispositifs de commande de moteur traditionnels, ce qui les rend adaptés aux installations où l'espace est limité

1. Systèmes d'entraînement à inverseur. (n.d.). Qu'est-ce qu'un onduleur ? Consulté le 30 juillet 2024, à l'adresse : https://www.inverterdrivesystems.com/abb-products/abb-drives/what-is-an-inverter
2. OMRON Industrial Automation. (s.d.). Inverters. Consulté le 30 juillet 2024, à l'adresse : https://www.ia.omron.com/support/guide/9/introduction.html#:~:text=An%20inverter%20controls%20the%20frequency,applications%20for%20the%20motor%20limited.