Dans les industries modernes d’aujourd’hui, l’essentiel de l’énergie mécanique nécessaire pour entrainer les machines mécaniques telles que les broyeurs, moulins, malaxeurs, convoyeurs, pompes, ventilateurs, compresseurs et autres machines est fournie par des moteurs asynchrones triphasés a cage d’écureuil.
Dans certaines applications industrielles, il est nécessaire de varier la vitesse de ces moteurs electriques pour diverses raisons telles que la variation du débit d’une pompe ou ventilateur, variation de la vitesse de déplacement d’un élément mobile telle que la cage d’un ascenseur, économiser l’énergie d’une installation, etc.
La variation de la vitesse des moteurs asynchrones et synchrones triphasés ne peut se faire qu’en variant 2 paramètres possibles en l’occurrence:
– le nombre des pôles magnétiques des enroulements statiques du moteur;
– la fréquence de la tension électrique appliquée aux bornes des enroulements statiques du moteur.
1. VARIATION DU NOMBRE DES POLES DES ENROULEMENTS STATIQUES:
Cette possibilité n’est applicable que sur 2 types des moteurs asynchrones triphasés a cage a savoir:
– Les moteurs a 2 enroulements triphasés séparés. Chacun des 2 enroulements triphasés séparés offrant un nombre des pôles et une vitesse de synchronisme différents de ceux qu’offre le second enroulement lorsqu’il est alimenté seul en tension et fréquence fixes;
– Les moteurs a couplage des pôles appelés aussi moteur DAHLANDER (Voir l’image du moteur ci-apres).
Contrairement au moteur précèdent, le moteur DAHLANDER n’a qu’un seul enroulement statique triphasé constitué des bobines que l’Electricien peut coupler, en changeant les connexions sur la plaque a 6 bornes, soit en Triangle-Série pour avoir la petite vitesse de synchronisme ou en Etoile-Parallèle pour avoir la grande vitesse qui sera le double de la petite vitesse.
Ce mode de variation de la vitesse des moteurs asynchrones triphasés présente cependant des limites (pas de variation continue de la vitesse, etc.) et n’est généralement utilisé que dans les applications a faibles puissances nécessitant une variation en palier de la vitesse avec des valeurs fixes prédéfinies.
2. VARIATION DE LA FREQUENCE DE LA TENSION APPLIQUEE AUX BORNES DU MOTEUR:
C’est la solution la plus utilisée dans les industries pour varier les vitesses des moteurs asynchrones et synchrones triphasés. Elle consiste généralement a varier la vitesse du moteur en lui fournissant une tension alternative a valeur efficace (U) et fréquence (f) variables suivant une loi de commande scalaire (U/f: constant), commande vectorielle, etc. grâce a un variateur électronique de vitesse composé, dans le cas des moteurs asynchrones et synchrones, d’un « Convertisseur de fréquence ».
En plus de varier (en continu et/ou en palier) la vitesse des moteurs par la variation de la fréquence, les variateurs électroniques de vitesse assument aussi d’autres fonctions essentielles aux applications industrielles telles que:
– le démarrage progressif des moteurs-charges mécaniques;
– l’arrêt progressif des moteurs-charges mécaniques;
– la régulation de la vitesse des moteurs-charges;
– l’inversion du sens de rotation des moteurs-charges;
– la protection des moteurs-charges ainsi que d’autres fonctions propres aux applications « POMPES », « VENTILLATEURS », « LEVAGE », etc.
Les variateurs électroniques de vitesse sont composés essentiellement de:
– Module ou Carte électronique de Puissance;
– Module ou carte électronique de contrôle.
Pour des faibles et moyennes puissances, ces 2 modules peuvent être logés dans une même enveloppe protectrice compacte et pour des grandes puissances logés séparément dans une même armoire électrique.
2.1 Module de puissance:
c’est lui qui reçoit l’énergie du réseau électrique, la convertit et la fournit au moteur électrique. Dans le cas des variateurs pour moteurs asynchrones et synchrones, il est composé d’un convertisseur de fréquence composé lui-même:
– En entrée, d’un Redresseur électronique non contrôlé qui reçoit la tension a fréquence et valeur efficace fixes venant du réseau et la convertit en tension continue a valeur fixe et
– En sortie, d’un Onduleur a modulation de largeurs d’impulsions qui convertit la tension continue, venant du redresseur, en tension alternative a valeur efficace et fréquence variables.
Pour le câblage des câbles réseaux et moteurs, le module de puissance est composé des borniers de puissance;
2.2 Module de contrôle:
c’est lui le cerveau du variateur qui réalise les fonctions précitées et commande le convertisseur de fréquence en fonction des signaux de commande-contrôle, consignes qu’il reçoit de l’operateur, des capteurs, détecteurs et autres.
Le module de contrôle est relié a une interface homme-machine (HMI) qui permet de paramétrer le variateur, commander localement les moteur et sa charge, visualiser les paramètres de fonctionnement du moteur et sa charge, faire le diagnostique des pannes, etc.
Il est aussi composé d’un bornier de contrôle qui permet la commande et contrôle a distance grâce a des signaux logiques, analogiques d’entrés et sortis. Il peut aussi posséder un connecteur série (RJ45, DB9, etc.) pour une communication a distance.
Parmi les grands fabricants des variateurs de vitesse, on peut citer:
Il est nécessaire aux techniciens et ingénieurs électriciens de savoir identifier, monter, câbler, paramétrer et assurer la maintenance des variateurs électroniques de vitesse des moteurs électroniques AC et DC.
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La vidéo jointe a cette publication démontre brièvement la mise en service rapide d’un variateur SCHNEIDER ELECTRIC ALTIVAR PROCESS ATV630U22N4.
