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brouillon 2 - variateur électronique de vitesse

Un variateur électronique est un convertisseur d’énergie dont le rôle est de moduler l’énergie électrique fournie au moteur afin que celui-ci réponde au mieux aux conditions d’exploitation ou aux consignes de l'utilisateur.

Pour démarrer les moteurs électriques et contrôler leur vitesse, les démarreurs rhéostatiques, les variateurs de vitesse mécaniques et les groupes tournants (groupe Ward Leonard) ont été les premières solutions. En raison des progrès de l'électronique de puissance, les variateurs électroniques se sont imposés dans l’industrie comme des solutions économiques, fiables et sans entretien. Historiquement, le variateur électronique pour moteur à courant continu a été la première solution offerte puis sont apparus des convertisseurs de fréquence fiables et économiques.

Les principales fonctions des variateurs de vitesse électroniques

Accélération contrôlée

La mise en vitesse du moteur est contrôlée au moyen d’une rampe d’accélération linéaire ou en « S ». Cette rampe est généralement réglable et permet par conséquent de choisir le temps de mise en vitesse approprié à l’application.

Variation de vitesse

Un variateur de vitesse peut ne pas être en même temps régulateur. Dans ce cas, c’est un système, rudimentaire, qui possède une commande élaborée à partir des grandeurs électriques du moteur avec amplification de puissance, mais sans boucle de retour : il est dit « en boucle ouverte ». La vitesse du moteur est définie par une grandeur d’entrée (tension ou courant) appelée consigne ou référence. Pour une valeur donnée de la consigne, cette vitesse peut varier en fonction des perturbations (variations de la tension d’alimentation, de la charge et de la température). La plage de vitesse s’exprime en fonction de la vitesse nominale.

Régulation de vitesse

Un régulateur de vitesse est un variateur asservi (C Fig. 10). Il possède un système de commande avec amplification de puissance et une boucle de retour : il est dit « en boucle fermée ». La vitesse du moteur est définie par une consigne. La valeur de la consigne est en permanence comparée à un signal de retour, image de la vitesse du moteur. Ce signal est délivré par une génératrice tachymétrique ou un générateur d’impulsions monté en bout d’arbre du moteur ou encore par un estimateur qui détermine la vitesse du moteur à partir de grandeurs électriques disponibles dans le variateur. Les convertisseurs de fréquence alimentant les moteurs asynchrones en sont fréquemment dotés.

Si un écart est détecté suite à une variation de la vitesse, les grandeurs appliquées au moteur (tension et/ou fréquence) sont automatiquement corrigées de façon à ramener la vitesse à sa valeur initiale. Grâce à la régulation, la vitesse est pratiquement insensible aux perturbations.

Décélération contrôlée

Quand un moteur est mis hors tension, sa décélération est due uniquement au couple résistant de la machine (décélération naturelle). Les démarreurs et variateurs électroniques permettent de contrôler la décélération au moyen d’une rampe linéaire ou en « S », généralement indépendante de la rampe d’accélération. Cette rampe peut être réglée de manière à obtenir un temps de passage de la vitesse en régime établi à une vitesse intermédiaire ou nulle :

- si la décélération désirée est plus rapide que la décélération naturelle, le moteur doit développer un couple résistant qui vient s’additionner au couple résistant de la machine, on parle alors de freinage électrique qui peut s’effectuer, soit par renvoi d’énergie au réseau d’alimentation, soit par dissipation dans une résistance de freinage, 

- si la décélération désirée est plus lente que la décélération naturelle, le moteur doit développer un couple moteur supérieur au couple résistant de la machine et continuer à entraîner la charge jusqu’à l’arrêt.

Inversion du sens de marche

L’inversion de la tension d’alimentation (variateurs pour moteur à courant continu) ou l’inversion de l’ordre des phases d’alimentation du moteur est réalisée automatiquement, soit par inversion de la consigne à l’entrée, soit par un ordre logique sur une borne, soit par une information transmise par une connexion réseau. La majorité des variateurs actuels pour moteurs alternatifs permettent cette fonction en standard.

Freinage d’arrêt

Ce freinage consiste à arrêter un moteur sans pour autant contrôler la rampe de ralentissement. Pour les démarreurs et variateurs de vitesse pour moteurs asynchrones, ceci est réalisé de manière économique en injectant du courant continu dans le moteur avec un fonctionnement particulier de l’étage de puissance. Toute l’énergie mécanique est dissipée dans le rotor de la machine et, de ce fait, ce freinage ne peut être qu’intermittent. Sur un variateur pour moteur à courant continu, cette fonction sera assurée en connectant une résistance aux bornes de l’induit.

Protections intégrées

Les variateurs modernes assurent en général la protection thermique des moteurs et leur propre protection. A partir de la mesure du courant et d’une information sur la vitesse (si la ventilation du moteur dépend de sa vitesse de rotation), un microprocesseur calcule l’élévation de température du moteur et fournit un signal d’alarme ou de déclenchement en cas d’échauffement excessif. Les variateurs, et notamment les convertisseurs de fréquence sont, d’autre part, fréquemment équipés de protections contre : - les courts-circuits entre phases et entre phase et terre, - les surtensions et les chutes de tension, - les déséquilibres de phases, - la marche en monophasé.