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Principe de fonctionnement des variateurs de vitesse

Dans cet article , nous allons parler du principe de fonctionnement des variateurs de vitesse. En effet , lorsque Nikola Tesla a introduit pour la première fois le moteur asynchrone triphasé en 1888, il savait que son invention était plus efficace et plus fiable que le moteur à courant continu d'Edison.

Variateur weg

Cependant, le contrôle de la vitesse d'un moteur à courant alternatif nécessite soit de faire varier le flux magnétique, soit de changer le nombre de pôles du moteur. Même des décennies après la généralisation de l'utilisation du moteur à induction, la modification de la fréquence pour le contrôle de la vitesse est restée une tâche extrêmement difficile  et la construction physique du moteur a empêché les fabricants de créer des moteurs à plus de deux vitesses.

En conséquence, les moteurs à courant continu étaient nécessaires là où un contrôle précis de la vitesse et une puissance de sortie importante étaient nécessaires. Dans les années 1980, la technologie de commande des moteurs à courant alternatif est devenue suffisamment fiable et peu coûteuse pour concurrencer la commande des moteurs à courant continu traditionnelles.

C'est l'avènement des  variateurs de vitesse ou variateurs de fréquence qui permettent de contrôler avec précision la vitesse des moteurs à induction. Les variateurs de vitesse permettent de contrôler la vitesse des moteurs en agissant sur leur fréquence. En effet si l'on prend l'exemple d'un variateur triphasé , les tensions alternatives recueillies par le variateur sont converties en courant continu puis via un procédé de modulation par largeur d'impulsion (PWM) retransformées en tension alternative dont la fréquence pourra varier. Cependant, ce processus de conversion de fréquence entraîne une perte de 2 à 3 % sous forme de chaleur dans le variateur qui devra être dissipée. Le processus produit également des pointes de surtension et des distorsions de courant harmoniques.

La fréquence (en hertz) d'un moteur asynchrone triphasé est directement liée à la vitesse du moteur (tour/mn). Les variateurs de vitesse ont la capacité de contrôler l'accélération mais aussi la décélération d'un moteur. Les avantages des variateurs de vitesse sont nombreux :

- Mode de démarrage progressif des moteurs ce qui permet de réduire les chutes de tension dans le réseau électrique et de limiter les courants de démarrage.
- Réduction de la consommation d'énergie électrique grâce aux effets de réduction du pic de couple de démarrage.
- Précision accrue de la régulation de la vitesse du moteur.
- Possibilité d'augmenter la capacité de production en augmentant la vitesse du processus.
- La durée de vie utile des moteurs devient plus longue  
- Prolongation de la durée de vie des équipements entraînés

- Possibilité de créer des boucles de contrôle et d'interagir avec le processus (Actuellement, de nombreux variateurs de vitesse ont des fonctions de contrôle PID intégrées)
- Possibilité d'effectuer des freinages dynamiques
- Amélioration du facteur de puissance

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