Dans le secteur industriel comme dans plusieurs domaines, faire varier la vitesse d’un moteur électrique est essentiel pour mieux contrôler une machine. Pourtant, les moteurs ont généralement des vitesses de rotation constantes. Si auparavant, il fallait réaliser de véritables prouesses mécaniques pour parvenir à modifier la vitesse d’un moteur, cela n’est plus d’actualité. De nos jours, il est devenu facile de gérer la vitesse de rotation d’un moteur grâce à l’avènement des variateurs de fréquence.
Variateur de fréquence : de quoi parle-t-on ?
Avant d’étudier la variation de vitesse d’un moteur électrique, on peut être confronté à une interrogation : qu’est-ce qu’un variateur de fréquence ? Un variateur de fréquence, variateur de vitesse ou convertisseur de puissance, est un dispositif qui permet de contrôler la vitesse et le couple d’un moteur électrique. De nos jours, il existe plusieurs types de variateurs, en fonction des moteurs. On distingue des variateurs de fréquence monophasés, des variateurs de fréquence triphasés et des variateurs de fréquence continus.
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Il est surtout utilisé dans le but de mieux gérer les appareils grâce au contrôle des moteurs électriques à courant alternatif. On peut aussi s’en servir pour minimiser leur consommation énergétique et pour optimiser les segments de process qui reposent sur l’usage des moteurs électriques.
Les variateurs de fréquence sont également utilisés pour obtenir de l’énergie électrique à partir des sources renouvelables comme les rayons du soleil (énergie solaire) ou le vent (énergie éolienne). Environ le quart de la consommation électrique mondiale est à mettre sur le crédit des moteurs électriques du secteur industriel. On peut donc affirmer que les variateurs de fréquence peuvent contribuer à préserver l’environnement. Pourtant ils sont encore trop peu répandus pour réellement influer sur cette consommation. En attendant, les règlementations qui visent à faire disparaître progressivement les voitures carburant aux énergies fossiles (essence et diesel) laissent présager un lendemain plus écoresponsable.
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Le guidage linéaire : un élément important pour les machines à moteurs électriques
Pour rappel, les systèmes de guidage linéaire sont en mouvement sur des éléments glissants, à l’opposé des systèmes à guidage à billes. Ces mouvements sont plus fluides et retardent l’usure des appareils. Les guidages linéaires sont à la fois robustes et faciles à entretenir. Ils peuvent supporter des conditions environnementales habituellement défavorables comme l’humidité ou encore la poussière. Il existe différents types de systèmes de guidage linéaire et tous ne se valent pas. La question que l’on se pose naturellement est la suivante : comment choisir un guidage linéaire ?
Les éléments suivants sont à prendre en compte pour faire le bon choix :
- la capacité de charge ;
- la précision ;
- la logistique (emplacement, encombrement, etc.) ;
- la rigidité ;
- les coûts à l’acquisition (prix de l’équipement, frais de montage, etc.) ;
- les coûts de fonctionnement (entretien et maintenance, consommation énergétique) ;
- la rentabilité (impact sur les performances du moteur de la voiture ou de la machine).
Comment varier la vitesse de rotation d’un moteur électrique ?
Avant la démocratisation des variateurs de fréquence, il existait 3 moyens de varier la vitesse de rotation d’un moteur :
- toucher à la constitution du moteur, par exemple en changeant le condensateur ;
- utiliser un rhéostat rotorique afin d’intervenir sur le glissement du moteur ;
- réaliser un contrôle vectoriel des flux pour modifier l’alimentation ainsi que la fréquence.
Ces méthodes sont très complexes et demandent un investissement important pour acquérir des composants nécessaires à leur réalisation. Aujourd’hui, il suffit d’acheter un variateur de fréquence qui convient à l’application et à l’objectif recherché. C’est un moyen simple, moderne, efficace et fiable pour modifier la vitesse du moteur.
La vitesse de rotation et le couple moteur dépendent de la fréquence de la tension d’alimentation. Le variateur de fréquence agira alors sur ce paramètre. Plus précisément, le variateur de fréquence va fournir un courant dont l’amplitude et la fréquence varient, alors que la tension reste constante pour contrôler la vitesse du moteur électrique.
Pourquoi varier la vitesse d’un moteur électrique ?
Installer un variateur de fréquence sur un moteur électrique pour varier sa vitesse de rotation offre de nombreux avantages et permet d’atteindre certains objectifs. Tout d’abord, cela permet de régler la puissance du moteur selon les besoins. Dans le secteur industriel, augmenter ou diminuer la vitesse du moteur électrique permet de contrôler le régime des appareils et de les adapter à un autre système.
Varier la vitesse peut laisser au moteur le temps de démarrer en douceur. Cela permet de prolonger la durée de vie du moteur, en évitant notamment les démarrages brusques qui finissent par l’endommager. De plus, cela minimise les risques de chute de tension. Le courant sera limité au démarrage, au sein du réseau.
Ensuite, cela permet d’augmenter la précision du régulateur de vitesse, en optimisant l’usage du moteur en fonction des spécificités de l’application. Enfin, on réduit la consommation énergétique du moteur. Équiper un moteur d’un variateur de vitesse permet d’en réduire la consommation énergétique et de réduire les coûts.
