Le convertisseur de fréquence peut-il économiser de l'électricité ? Combien sera économisé ?

Le principe d'économie d'énergie d'un convertisseur de fréquence, tel un ménager avisé, permet d'ajuster avec précision la consommation électrique du foyer. Dans certains cas, il permet d'économiser jusqu'à 40 %, mais dans d'autres cas, sa consommation peut être supérieure à celle d'un convertisseur déconnecté s'il est mal utilisé. Le convertisseur de fréquence réalise principalement des économies d'énergie grâce à la réduction de la pression de charge légère. Lorsque la charge est entraînée par la course de rotation, la variation de vitesse étant faible, même en cas de réduction de tension, l'effet d'économie d'énergie est relativement faible. En revanche, dans un environnement de ventilation, lorsqu'un faible volume d'air est requis, la puissance électrique diminue et la consommation d'énergie du ventilateur est proportionnelle à 1,7 de la vitesse, ce qui entraîne une réduction importante de la course de rotation du moteur et une réduction significative de l'effet d'économie d'énergie.

Lorsque deux moteurs identiques fonctionnent à 50 Hz, l'un utilise un convertisseur de fréquence, l'autre non. Lorsque la vitesse et le couple atteignent le régime nominal du moteur, le convertisseur de fréquence ne permet pas d'économiser de l'énergie, mais il peut améliorer le facteur de puissance. Lorsque le couple du moteur n'atteint pas le couple nominal, si le mode d'économie d'énergie automatique est activé, le convertisseur de fréquence peut économiser une partie de la puissance grâce à la réduction de puissance, bien que cette économie soit négligeable. À vide, l'effet d'économie d'énergie de la charge d'entraînement n'est pas évident.

Quant au concept de régulation en boucle fermée, je pense qu'il mérite d'être approfondi. La régulation en boucle fermée semble trop étroite et limitée au retour d'information du capteur de vitesse. En réalité, elle couvre un domaine plus large, incluant le contrôle de fréquence lors du contrôle vectoriel, qui est une régulation en boucle fermée interne à l'appareil. En revanche, la régulation V/F est une régulation en boucle ouverte. De plus, la régulation par rétroaction du régulateur PID de grandeurs physiques telles que la température, la pression et le débit relève également de la régulation en boucle fermée, et celles-ci peuvent être ajustées par un convertisseur de fréquence. Par conséquent, il ne faut pas limiter le concept de régulation en boucle fermée à un domaine restreint.

Dans quelles circonstances un convertisseur de fréquence peut-il réellement économiser de l'énergie ? Il convient tout d'abord de préciser qu'il ne s'agit pas d'un onduleur à économie d'énergie utilisable en toutes circonstances. En effet, dans certains cas, l'utilisation d'un convertisseur de fréquence peut ne pas entraîner d'économies d'énergie significatives. De plus, en tant que composant du circuit électronique, le convertisseur de fréquence consomme lui-même une certaine quantité d'électricité, représentant généralement environ 3 à 5 % de sa puissance nominale.

Cependant, lorsque le convertisseur est en mode économie d'énergie, il fonctionne à la fréquence du réseau. Cependant, pour que cette fonction soit assurée, les trois conditions suivantes doivent être remplies : premièrement, l'équipement doit être de forte puissance et principalement utilisé pour la charge de ventilateurs/pompes ; deuxièmement, l'appareil lui-même doit disposer d'une fonction d'économie d'énergie, ce qui nécessite généralement une assistance logicielle ; enfin, l'équipement doit pouvoir fonctionner en continu sur une longue durée. C'est seulement dans ces conditions que l'on peut véritablement apprécier l'effet d'économie d'énergie d'un convertisseur de fréquence.

Ainsi, quel est le courant et le couple de démarrage du moteur avec un convertisseur de fréquence ? Lorsque le moteur est démarré via le convertisseur de fréquence, sa fréquence et sa tension augmentent en conséquence avec son accélération. Cela limite le courant de démarrage à moins de 150 % du courant nominal (les valeurs spécifiques peuvent varier de 125 % à 200 %). En revanche, lors d'un démarrage direct avec une alimentation à fréquence industrielle, le courant de démarrage peut atteindre 6 à 7 fois le courant nominal, ce qui peut entraîner des impacts mécaniques et électriques importants. Le démarrage par convertisseur de fréquence permet un démarrage en douceur (bien que le temps de démarrage soit plus long), et le courant et le couple de démarrage sont plus stables. Plus précisément, le courant de démarrage est généralement de 1,2 à 1,5 fois le courant nominal, et le couple de démarrage est de 70 % à 120 % du couple nominal. Avec un convertisseur de fréquence doté de la fonction d'augmentation automatique du couple, le couple de démarrage peut même dépasser 100 %, permettant ainsi au moteur de démarrer à pleine charge.

De plus, il arrive que, dans la même installation, le démarrage d'un moteur de grande puissance entraîne l'arrêt du variateur de fréquence voisin. En effet, le moteur génère un courant de démarrage correspondant à sa capacité, ce qui entraîne une chute de tension dans le transformateur côté stator. Lorsque la capacité du moteur est importante, l'impact de cette chute de tension est d'autant plus marqué. Par conséquent, l'onduleur connecté au même transformateur peut être considéré à tort comme étant en sous-tension ou en arrêt instantané, ce qui déclenche la fonction de protection (IPE) et provoque l'arrêt de l'onduleur.

Enfin, le sens d'installation du variateur de fréquence est soumis à certaines restrictions. La structure interne et arrière de l'onduleur étant conçue pour optimiser le refroidissement, la ventilation entre le haut et le bas est également essentielle. Qu'il soit installé sur un disque ou suspendu au mur, le variateur de fréquence doit être installé verticalement, et ce, autant que possible. Cela permet une évacuation fluide de la chaleur à l'intérieur du variateur et un fonctionnement stable.

Dans quelles circonstances un variateur de fréquence permet-il d'économiser de l'électricité ? La réponse est la suivante : lorsque le moteur tourne en dessous de sa fréquence nominale, le variateur ajuste sa vitesse de rotation en fonction de la demande réelle de charge, afin d'éviter tout gaspillage d'énergie. Un moteur à fréquence fixe, sans démarrage progressif, est-il donc compatible ? C'est possible en basse fréquence, mais si la fréquence est trop élevée, proche du démarrage direct de l'alimentation à fréquence industrielle, le courant de démarrage peut dépasser la capacité du variateur de fréquence, empêchant ainsi le moteur de démarrer.

À quels problèmes faut-il prêter attention lorsque le moteur fonctionne à plus de 60 Hz ? Premièrement, il est nécessaire d'évaluer la faisabilité du fonctionnement des machines et des appareils à cette vitesse élevée, en tenant compte de facteurs tels que la résistance mécanique, le bruit et les vibrations. Deuxièmement, le moteur entre dans la plage de puissance constante et son couple de sortie doit être capable de maintenir la demande de travail, surtout si la puissance de sortie du ventilateur et de la pompe est proportionnelle à la vitesse cubique. De plus, le fonctionnement à grande vitesse peut affecter la durée de vie des roulements, un élément à prendre en compte. Enfin, il convient d'examiner les moteurs de capacité supérieure à moyenne, notamment les moteurs bipolaires, fonctionnant à plus de 60 Hz.

L'onduleur peut-il entraîner le motoréducteur ? La réponse n'est pas absolue ; elle doit être évaluée en fonction de la structure et du mode de lubrification du réducteur. En général, la fréquence limite maximale de l'engrenage est comprise entre 70 et 80 Hz. Un fonctionnement continu à basse vitesse peut endommager l'engrenage lors de la lubrification à l'huile. Quant à la capacité de l'onduleur à entraîner un générateur électrique monophasé, est-il envisageable d'utiliser une alimentation monophasée ? La réponse est déconseillée. Pour un moteur monophasé à démarrage par régulateur, l'enroulement auxiliaire risque de brûler sous le point de fonctionnement ; pour un moteur à démarrage ou à condensateur, l'explosion du condensateur peut se produire. Bien entendu, il existe également des convertisseurs de fréquence de faible capacité pouvant fonctionner sur une alimentation monophasée.

Quant à la consommation d'énergie de l'onduleur lui-même, elle dépend du type d'onduleur, de son état de fonctionnement, de sa fréquence d'utilisation et d'autres facteurs, et il est difficile de généraliser une valeur précise. Cependant, le rendement d'un convertisseur de fréquence en dessous de 60 Hz est généralement d'environ 94 à 96 %. Pour un onduleur à freinage régénératif interne, la perte de freinage entraîne une augmentation de la consommation d'énergie, ce qui nécessite une attention particulière lors de la conception de la plaque de commande.

Pourquoi ne peut-il pas fonctionner en continu dans la plage de 6 à 60 Hz ? En effet, le moteur utilise généralement un ventilateur externe sur l'arbre ou une pale sur la bague d'extrémité du rotor pour le refroidissement. Lorsque la vitesse diminue, l'effet de refroidissement diminue, ce qui fait que le moteur ne peut pas supporter la même chaleur qu'à grande vitesse. Pour résoudre ce problème, il est nécessaire de réduire le couple de charge à basse vitesse, d'augmenter la capacité du variateur de fréquence et du moteur, voire d'utiliser un moteur spécifique.

Lors de l'utilisation d'un moteur avec frein, l'alimentation du circuit d'excitation du frein doit être prise en entrée du variateur de fréquence. Si le frein se déplace alors que le variateur est en sortie, la surintensité sera coupée. Il est donc nécessaire de déplacer le frein après l'arrêt de la sortie du variateur.

Si vous souhaitez utiliser le moteur avec le condensateur pour améliorer le facteur de puissance, mais que le moteur ne peut pas démarrer, la raison peut être que le courant du convertisseur circule dans le condensateur pour améliorer le facteur de puissance, ce qui entraîne le courant de charge du condensateur et la surintensité du convertisseur. La solution consiste à faire fonctionner le condensateur après le retrait ou à accéder au réacteur CA du côté entrée de l'onduleur pour améliorer le facteur de puissance.

Quant à la durée de vie du convertisseur de fréquence, bien qu'il s'agisse d'un appareil statique, il comporte également des composants tels qu'un condensateur de filtrage, un ventilateur de refroidissement et d'autres dispositifs de consommation. Grâce à un entretien régulier, l'onduleur devrait avoir une durée de vie de plus de 10 ans.