Fiche de révision : Variateurs de vitesse électriques

📋 Plan du Cours

1. Rôle et intérêt du variateur
2. Principe de variation de fréquence
3. Avantages et applications industrielles
4. Gradateurs domestiques et TRIAC
5. Principe de régulation automatique
6. Commandes et réglages du moteur
7. Structure du variateur triphasé
8. Mise en service et corrections
9. Modes de régulation moteur
10. Quadrants de fonctionnement
11. Câblage et programmation

📖 1. Rôle et intérêt du variateur

🔑 Notions clés & Définitions

• Variateur : Système électronique qui contrôle et adapte l’énergie envoyée à un récepteur comme un radiateur, une lampe ou un moteur.

★ À maîtriser

📌 Une résistance réduit l’énergie en la dissipant sous forme de chaleur, tandis qu’un variateur électronique ajuste précisément l’énergie sans produire cette chaleur inutile.

Compléments

• Un variateur électronique permet de régler l’énergie reçue par un appareil de 0 à 100 % selon le besoin.

💡 Astuce mémo

Résistance = chaleur perdue ; électronique = énergie ajustée

📖 2. Principe de variation de fréquence

🔑 Notions clés & Définitions

• Variateur de fréquence : Aussi appelé variateur électronique de vitesse, commande la vitesse de rotation d’un moteur en réglant la fréquence du courant statorique.

📝 Points essentiels

📌 La vitesse d’un moteur électrique alternatif dépend directement de la fréquence du courant qui lui est envoyé.

📐 Formule — Pour conserver le couple du moteur lors d’une variation de vitesse, le rapport tension sur fréquence doit rester constant : $\frac{U}{f}=\text{constante}$.

💡 Astuce mémo

Fréquence augmentée → vitesse moteur augmentée

📖 3. Avantages et applications industrielles

★ À maîtriser

• Les principaux avantages d’un variateur sont:
  • la réduction de l’usure mécanique
  • le démarrage en douceur
  • le réglage précis
  • la protection du matériel
  • la diminution du bruit
  • les économies d’énergie
  • la récupération d’énergie

Compléments

• Lors d’un ralentissement, le moteur peut fonctionner comme une génératrice afin de renvoyer, stocker ou évacuer l’électricité produite.

• Les variateurs sont utilisés notamment pour:

  • les pompes
  • les ventilateurs
  • les tapis roulants
  • les chaînes de montage
  • les usines de papier ou d’acier
  • les machines-outils
  • les ascenseurs
  • les téléphériques et les trains

📖 4. Gradateurs domestiques et TRIAC

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradateur : Variateur simplifié de faible puissance qui règle l’énergie fournie à une lampe ou à un radiateur en découpant une partie de la tension alternative.
• TRIAC : Composant électronique qui commute très rapidement sur les deux alternances positive et négative du courant alternatif.

💡 Astuce mémo

Un interrupteur ultra-rapide découpe les deux vagues du courant alternatif

📖 5. Principe de régulation automatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Système régulé : S’ajuste automatiquement pour atteindre et maintenir une consigne précise.

★ À maîtriser

• Une régulation compare la consigne à la mesure du capteur, calcule l’écart, puis commande l’énergie en fonction de cet écart.

Compléments

• Dans un régulateur de vitesse réglé à 110 km/h, une baisse à 105 km/h en montée crée un écart de 5 km/h qui provoque automatiquement une accélération.

💡 Astuce mémo

Consigne → capteur → écart → correction

📖 6. Commandes et réglages du moteur

🔑 Notions clés & Définitions

• Rampe d’accélération : Temps nécessaire au moteur pour passer de l’arrêt à sa vitesse de fonctionnement.

★ À maîtriser

• Un variateur commande:

  • le sens de marche
  • la mise en rotation
  • la vitesse de rotation
  • la protection du moteur
  • le réarmement des défauts

• Les données de la plaque moteur à saisir dans le variateur comprennent notamment la tension et la fréquence nominales, le courant thermique Ith et le glissement.

Compléments

• La petite vitesse LSP définit la vitesse minimale autorisée et la grande vitesse HSP définit la vitesse maximale autorisée.

📖 7. Structure du variateur triphasé

🔑 Notions clés & Définitions

• Circuit de commande : Composé notamment d’un microprocesseur, pilote le redresseur et l’onduleur, mesure la température, le courant et la vitesse, puis protège le système en cas de problème.

📝 Points essentiels

• Un variateur pour moteur asynchrone triphasé comporte généralement:

  • un redresseur
  • un circuit intermédiaire filtrant
  • un onduleur
  • un circuit de commande

• L’onduleur recrée trois phases U, V et W déphasées de 120° en réglant leur amplitude, leur phase et leur fréquence.

💡 Astuce mémo

Redresser → filtrer → onduler → commander

📖 8. Mise en service et corrections

★ À maîtriser

• 🔄 La mise en service nécessite: saisir les données de la plaque moteur dans la mémoire du variateur, désaccoupler le moteur de la machine, lancer l’autocalibration, mesurer les caractéristiques électriques du moteur

• Le BOOST ajoute une tension au démarrage afin d’augmenter l’aimantation et le couple disponible à très basse vitesse.

• À charge nominale, le glissement d’un moteur asynchrone est d’environ 4 à 5 % de la vitesse nominale.

Compléments

• Pour une vitesse théorique de 3000 tr/min et un glissement de 5 %, la perte est de 150 tr/min et la vitesse réelle est de 2850 tr/min.

💡 Astuce mémo

Paramétrer → autotuner → compenser → protéger

📖 9. Modes de régulation moteur

★ À maîtriser

📌 Le contrôle U/f scalaire est simple et adapté aux ventilateurs, aux pompes et aux petits tapis roulants, tandis que le contrôle vectoriel convient aux ascenseurs, aux robots et aux treuils demandant force et précision.

📌 Le contrôle vectoriel peut fonctionner avec codeur en boucle fermée ou sans codeur en boucle ouverte.

Compléments

• En contrôle U/f scalaire, une variation du couple entraîne une variation du glissement et donc de la vitesse.

💡 Astuce mémo

U/f simple pour pompes ; vectoriel précis pour levage

📖 10. Quadrants de fonctionnement

★ À maîtriser

• Les quatre quadrants associent vitesse et couple ainsi:
  • quadrant 1 : vitesse positive et couple positif
  • quadrant 2 : vitesse positive et couple négatif
  • quadrant 3 : vitesse négative et couple négatif
  • quadrant 4 : vitesse négative et couple positif

📌 Si le produit du couple par la vitesse est positif, le moteur fonctionne en moteur ; s’il est négatif, il fonctionne en générateur.

Compléments

📌 Le fonctionnement dans les quatre quadrants exige que la chaîne cinématique et la source d’alimentation électrique soient réversibles.

💡 Astuce mémo

Produit couple × vitesse positif = moteur ; négatif = générateur

📖 11. Câblage et programmation

★ À maîtriser

• Le menu Simply Start regroupe les réglages vitaux tels que la tension moteur, la fréquence, le courant thermique et les temps d’accélération et de décélération.

Compléments

• La programmation avancée nécessite la notice technique pour modifier des paramètres supplémentaires comme ACC pour l’accélération ou tFr pour la fréquence maximale.

• Un variateur peut communiquer avec les niveaux supérieurs de l’automatisme par un bus de communication afin de recevoir une référence de vitesse ou de couple et de transmettre ses mesures.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des modes de régulation

Fonctionnement par quadrant