Oui et non ! Bien qu’il n’y ait pas une réponse simple à cette question.
Comme pour de nombreuses questions, lorsque vous comparez les entraînements à fréquence variable (VFD) avec les entraînements à vitesse variable (VSD), il y a une réponse courte et une réponse longue. Il existe différents types de variateurs de vitesse. Les variateurs de fréquence sont un type de variateurs de vitesse. Le type le plus courant de variateur de vitesse est le courant de Foucault.
Il y a cependant deux différences significatives, et c’est la réponse courte : Les variateurs de vitesse à courants de Foucault modifient la vitesse de l’accouplement tout en laissant la vitesse du moteur fonctionner à plein régime. Les VFD modifient la fréquence d’entrée du moteur en changeant la vitesse du moteur.
Bien sûr, les différences peuvent être détaillées dans une description beaucoup plus longue – une qui nécessite un peu plus de recherche pour vous dire comment, où et quand ils sont le mieux utilisés. Dans ce blog, nous allons essayer de dissiper toute idée fausse entre les deux et de clarifier leurs définitions.
C’est vrai. Les VSD et les VFD accomplissent le même objectif : ils font varier la vitesse de l’équipement entraîné. Mais COMMENT ils le font est la différence déterminante.
VSDs – Courant de Foucault
Les VSDs changent la vitesse de l’équipement entraîné tout en laissant le moteur fonctionner à sa pleine vitesse de conception. Dans un moteur à courant alternatif, un courant électrique alternatif passe dans un enroulement de stator distribué pour créer un champ magnétique rotatif qui est utilisé pour entraîner un arbre. Les moteurs à courant alternatif entraînent des machines rotatives telles que des ventilateurs, des pompes et des compresseurs à une seule vitesse. On les trouve souvent dans les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC). La vitesse de rotation et le couple d’un moteur à courant alternatif sont déterminés par la fréquence et la tension de l’alimentation. Comme l’alimentation en électricité est constante, la vitesse du moteur reste fixe. Si la vitesse doit varier, un VSD sera efficace. En ajoutant un VSD à un moteur à courant alternatif, la vitesse peut être variée avec précision.
À titre d’exemple, prenons le cas d’un ventilateur HVAC dans un bâtiment. Lorsque la demande de vitesse du ventilateur diminue, alors le ventilateur peut être contrôlé pour ralentir la vitesse, réduire le flux d’énergie et donc, réduire la consommation d’énergie et les coûts globaux d’utilisation.
Les moteurs CC convertissent l’énergie électrique à courant continu en énergie mécanique. Les moteurs à courant continu reposent sur la tension de l’induit et le courant de champ pour contrôler la vitesse du moteur. Comme il n’y a pas de fréquence dans un moteur CC, les VFD ne sont pas viables pour cette application. Un contrôleur de vitesse CC séparé est nécessaire. Les moteurs CC ne sont pas souvent choisis pour cette application.
Souvent, les moteurs CC sont équipés a posteriori d’un moteur CA et d’un variateur de vitesse CA pour accomplir la variation de vitesse nécessaire à son application. Les entraînements à courant de Foucault sont des VSD, cependant, ils utilisent un champ magnétique continu pour relier deux éléments – un sur l’arbre d’entrée et un sur l’arbre de sortie. L’augmentation du courant continu dans la bobine accroît le couplage des deux éléments, ce qui permet de délivrer un couple plus important à la charge. Un tachymètre est utilisé pour contrôler la vitesse et le couple.
Les pertes d’efficacité du courant Eddy sont les suivantes :
- Moteur à courant alternatif – égal à la puissance nominale de la plaque signalétique lorsque le moteur fonctionne sur la ligne. Ceci est vrai à la fois pour le facteur de puissance et le rendement.
- Commande à courant continu – Typiquement 2% ou moins.
- Glissement – La réduction de la vitesse est dissipée dans le tambour et le rotor (les membres couplés). Il réduit l’efficacité proportionnellement à la réduction de la vitesse.
L’essentiel est qu’il est préférable de faire fonctionner un dispositif à courant de Foucault à la vitesse nominale ou presque. Typiquement, 80 – 100% est recommandé pour optimiser l’efficacité.
VFDs
Les VFDs contrôlent la vitesse du moteur en variant la tension et la fréquence appliquées au stator d’un moteur AC standard. Les VFD peuvent faire varier le contrôle de la vitesse au démarrage, pendant la marche et à l’arrêt du moteur. Un moteur CA standard a un rendement et un facteur de puissance publiés. Ils sont assez élevés, généralement bien au-dessus de 90%, mais seulement pour une excitation sinusoïdale à la fréquence nominale. Lorsqu’il fonctionne avec un VFD, la puissance fournie au moteur comprend un contenu harmonique important qui ne fonctionne pas, mais qui s’ajoute aux pertes du moteur, ce qui diminue l’efficacité du moteur. Cette condition s’aggrave à mesure que la vitesse est réduite.
Les VFD sont souvent équipés de schémas de démarreur de dérivation pour activer une pompe lorsque le VFD peut tomber en panne. Beaucoup sont équipés d’un système de climatisation pour maintenir une température de fonctionnement sûre. Certaines conceptions nécessitent des filtres harmoniques conçus sur mesure pour respecter les limites réglementaires de distorsion harmonique. Chacune de ces solutions a un coût pour le matériel supplémentaire. En outre, il est souvent très coûteux de faire de la place pour tout cet équipement et de l’installer, quitte à ajouter une nouvelle construction aux installations existantes ou à concevoir un espace supplémentaire pour les nouvelles installations. La puissance supplémentaire nécessaire pour faire fonctionner ce matériel supplémentaire est souvent ignorée lors du calcul de l’efficacité présumée du système.
Les pertes d’efficacité du VFD sont les suivantes :
- Pertes I²R – L’échauffement est la perte la plus importante causée par la résistance au passage du courant dans l’enroulement du moteur et les barres du rotor. Elle est proportionnelle au carré du flux de courant.
- Pertes par courants de Foucault – Pertes causées par le flux de courant involontaire dans le rotor et le stator. Elles sont limitées par les laminations dans le stator et le rotor. Elles sont proportionnelles au passage du courant et augmentent avec le glissement.
- Pertes par hystérésis – Échauffement créé par l’inversion de la polarité magnétique du fer dans le rotor et le stator. Cela augmente avec le glissement.
Toutes les pertes ci-dessus deviennent un pourcentage plus important de la puissance de sortie lorsque la vitesse est réduite.
Un fait peu connu est qu’un moteur à induction à courant alternatif est un embrayage magnétique fonctionnant à un glissement (contre un champ tournant). Le glissement augmente avec l’augmentation de la charge, considérablement plus à basse vitesse. À une vitesse de base équivalente à la modification de la largeur d’impulsion (PWM) de 100 RPM, le moteur fonctionnerait à 50 RPM si son glissement nominal était de 50 RPM (un moteur de 1750 RPM). Ainsi, l’augmentation du couple (augmentation de la tension) est utilisée pour démarrer sous charge. Ce glissement est une perte qui devient un pourcentage plus élevé de la production lorsque la vitesse est réduite. Si la dynamisation du couple est utilisée, les pertes sont encore plus élevées.
Enfin, au-dessus d’environ 82 % de la vitesse de base, le courant de Foucault a en fait une meilleure efficacité du système que le VFD en raison des pertes de contrôleur plus faibles et de l’excitation sinusoïdale.
Si vous pensez avoir besoin d’un VSD à courant de Foucault, contactez-nous à [email protected] pour déterminer comment nous pouvons vous aider au mieux !
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