Variateur de Vitesse
Définition variateurs de vitesse :
Un variateur de vitesse est un dispositif
électronique destiné à commander la vitesse d'un moteur électrique.
I. Principe de base des variateurs de vitesse :
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| Principe de base des variateurs de vitesse |
Depuis la venue de la technologie des semi-conducteurs, la variation de vitesse électronique des moteurs électriques a pris le dessus sur les anciens systèmes tels que les groupes Ward-Léonard.Cette technologie, devenue fiable, part toujours du même principe : à partir d'une source, la plupart du temps triphasée alternative pour les ascenseurs, le variateur de vitesse va recréer en sortie :
- Une tension triphasée variable en fréquence et en amplitude pour les moteurs à courant alternatif.Une tension continue variable en amplitude pour les moteurs à courant continu.
Le variateur de vitesse est composé essentiellement :
- D'un redresseur qui, connecté à une alimentation triphasée (le réseau), génère une tension continue à ondulation résiduelle (le signal n'est pas parfaitement continu). Le redresseur peut être de type commandé ou pas.
- D'un circuit intermédiaire agissant principalement sur le "lissage" de la tension de sortie du redresseur (améliore la composante continue). Le circuit intermédiaire peut aussi servir de dissipateur d'énergie lorsque le moteur devient générateur.
- D'un onduleur qui engendre le signal de puissance à tension et/ou fréquence variables.
- D'une électronique de commande pilotant (transmission et réception des signaux) le redresseur, le circuit intermédiaire et l'onduleur.
- Les variateurs à source de courant (CSI).
- Les variateurs à modulation d'impulsions en amplitude (PAM),
1. Le Redresseur:
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| Redresseur triphasé. |
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| Redresseur triphasé. |
Les ascenseurs sont généralement alimentés par un réseau triphasé alternatif à fréquence fixe (50 Hz). La fonction du redresseur au sein du variateur de vitesse est de transformer la tension triphasée alternative en tension continue monophasée. Cette opération se réalise par l'utilisation :
- Soit d'un pont de diodes, le redresseur est "non-commandé",
- Soit d'un pont de thyristors, alors le redresseur est commandés.
- Variateurs à modulation de largeur d'impulsion (PWM/VVC).
Le redresseur non commandé
Comme le montre la figure ci-dessous, des deux alternances d'une tension monophasée alternative (positive et négative), seule l'alternance positive passe à travers la diode entre les électrodes couramment appelées "anode" et "cathode"; on dit que la diode est "passante".
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| Fonctionnement de la diode |
Pour obtenir une tension continue à la sortie du redresseur, il est nécessaire de trouver un système qui permette d'exploiter les deux alternances; c'est le pont de diodes.Dans un redresseur triphasé non-commandé, le pont de diodes permet, comme le montre la figure ci-dessus, de générer une tension continue en redressant l'alternance négative de chaque une des trois tensions composées. On voit que la tension de sortie n'est pas tout à fait continue et comporte une ondulation résiduelle.
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| Redresseurs non-commandés |
La tension à ondulation résiduelle sortant du redresseur a une valeur moyenne de l'ordre de 1,35 fois la tension du réseau.
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Tension à ondulation résiduelle |
Le redresseur commandé
Dans le redressement commandé d'une tension alternative, la diode est remplacée par le thyristor qui possède la particularité de pouvoir contrôler le moment ou il deviendra "passant" dans l'alternance positive. C'est la troisième électrode, appelée "gâchette", qui, lorsqu'elle est alimenté sur commande par la régulation du redresseur, devient conductrice. Tout comme la diode, le thyristor est "bloquant" durant l'alternance "négative".
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| Redresseur commandé |
Fonctionnement du thyristor:
On voit tout de suite l'intérêt du thyristor par rapport à la diode : on peut faire varier la valeur de la tension moyenne de sortie en contrôlant le moment où l'impulsion sera donnée sur la gâchette pour rendre le thyristor "passant".
Dans un redresseur triphasé commandé, le pont de thyristors permet, comme le montre la figure ci-dessus :
- De générer une tension continue en redressant l'alternance négative de chaque une des trois tensions composées. On voit que la tension de sortie n'est pas tout à fait continue et comporte une ondulation résiduelle.
- De faire varier le niveau de tension moyenne à la sortie du redresseur.
2. Le circuit intermédiaire:
Ce circuit joue plusieurs rôles suivant les options prises sur le type de variateur dont principalement le lissage en courant ou en tension du signal de sortie du redresseur et le contrôle du niveau de tension ou de courant d'attaque de l'onduleur. Il peut aussi servir à :
- Découpler le redresseur de l'onduleur.
- Réduire les harmoniques.
- Stocker l'énergie due aux pointes intermittentes de charge.
Le circuit intermédiaire à tension variable
À l'entrée du filtre est ajouté un hacheur composé d'un transistor et d'une diode "roue libre". Dans ce cas, le circuit intermédiaire transforme la tension continue de sortie du redresseur à ondulation résiduelle en une tension carrée lissée par le filtre. Il en résulte la création d'une tension variable suivant que le pilote du hacheur rende le transistor "passant" ou pas.
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| Circuit intermédiaire à tension variable |
3. L'onduleur:
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| Onduleur triphasé |
L'onduleur constitue la dernière partie du variateur de vitesse dans le circuit puissance.Alimenté à partir du circuit intermédiaire par :
- une tension continue variable ou constante.
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| Onduleur pour tension intermédiaire variable ou continue |
II. les avantages d'un variateur de vitesse :
Le recours aux variateurs de vitesse offre plusieurs avantages :
- Démarrage progressif des moteurs réduisant les chutes de tension dans le réseau et limitant les courants de démarrage .
- Amélioration du facteur de puissance.
- Précision accrue de la régulation de vitesse .
- Prolongement de la durée de service du matériel entraîné .
- Diminution de la consommation d’électricité.
De nouveaux variateurs de vitesse plus performants peuvent éviter l’interruption des procédés en cas de perturbation du réseau de courte durée les inconvénients d'un variateur de vitesse.
III. les inconvénients d'un variateur de vitesse :
- Tous les variateurs de vitesse intégrant des dispositifs de commutation (diodes, thyristors IGBT, etc.) forment une charge non linéaire qui engendre des courants harmoniques, sources de distorsion de l’onde (chute ou perturbation de la tension) dans le réseau électrique.
- Cette dégradation de l’onde peut perturber tant les équipements électriques du client que ceux du réseau électrique si aucune mesure d’immunité n’est prise.
- Par ailleurs, des résonances harmoniques peuvent également apparaître entre les variateurs de vitesse et les batteries de condensateurs.
