Convertisseur de Fréquence

Unité de fréquence Résultat
Hertz (Hz)
Kilohertz (kHz)
Mégahertz (MHz)
Gigahertz (GHz)
Térahertz (THz)
Cycles par seconde (cps)
Radian par seconde (rad/s)
Tours par minute (rpm)
Battements par minute (bpm)
Dernière mise à jour:


Convertisseur de fréquence

Les convertisseurs de fréquence, également appelés  variateurs de fréquence (VFD) ou onduleurs, sont des  appareils électroniques essentiels  qui modifient la  fréquence de l’électricité en  courant alternatif   (CA).  Leur objectif principal est de permettre un  contrôle précis de la  vitesse et des  performances des  équipements entraînés par moteur électrique en modifiant la  fréquence de  la puissance fournie. Cliquez ici pour le convertisseur d’énergie électrique.

Ces dispositifs fournissent une puissance de  fréquence réglable pour répondre  aux  besoins  opérationnels spécifiques des  moteurs industriels, des  pompes, des ventilateurs, des compresseurs,  des convoyeurs   , etc.  Cela permet à  chaque machine ou  processus de  fonctionner à sa vitesse ou à son niveau de production optimal. Cliquez ici pour le convertisseur de vitesse.

 

Unités de fréquence de base : Hertz à Terahertz

La fréquence mesure le taux d’oscillations  ou de  cycles par unité de  temps.

Il existe plusieurs unités courantes utilisées pour décrire la fréquence :

- Hertz (Hz) - Cycles par seconde, l’unité SI  standard pour la  fréquence. Utilisé pour tout, du son aux ondes radio.

- Kilohertz (kHz) - 1 000 Hertz, couramment utilisé dans  les communications vocales et radio.

- Mégahertz (MHz) - 1 million de Hertz, utilisé dans la radiodiffusion, les télécommunications et l’électronique.

- Gigahertz (GHz) - 1 milliard de Hertz, utilisé pour les microprocesseurs, les radars et les appareils sans fil.

- Terahertz (THz) - 1 trillion de Hertz, utilisé pour la recherche et l’imagerie très spécialisées.

- RPM - Tours par minute, utilisés pour la  vitesse de rotation des machines.

- cps - Cycles par seconde, un  nom alternatif pour Hertz.

- rad/s - Radian par seconde, utilisé en physique pour la fréquence angulaire.

- BPM - Battements par minute, utilisé dans la musique pour indiquer le  tempo.

Le choix de  l’unité de fréquence  dépend du  domaine d’application  et de  son ampleur. Par exemple, Hertz  pour  les ondes sonores, MHz pour la radio  FM, GHz   pour les réseaux 5G  et THz pour la spectroscopie de pointe  . Le choix de la  bonne unité permet une  compréhension intuitive des  taux d’oscillation dans les domaines de la science,  de la technologie et de l’art.

Formules de conversion de fréquence

Les formules de conversion de fréquence sont utilisées pour calculer la fréquence de sortie d’un système ou d’un appareil lorsque la fréquence d’entrée et d’autres paramètres sont connus. La formule de calcul spécifique peut varier en fonction du type de convertisseur de fréquence utilisé et des caractéristiques du système. Voici quelques formules de conversion de fréquence courantes pour différents scénarios.

Conversion de fréquence de l’onduleur tension-source (VSI) :

  • Dans un convertisseur de fréquence VSI, la fréquence de sortie (f_out) peut être calculée en fonction de la fréquence d’entrée (f_in), du nombre de paires de pôles (P) du moteur et du rapport entre la tension de sortie (V_out) et la tension d’entrée (V_in) :

  1. Conversion de fréquence de l’onduleur source de courant (CSI) :
    • Dans un convertisseur de fréquence CSI, la fréquence de sortie peut être calculée de la même manière que le VSI, en tenant compte du nombre de paires de pôles et du rapport entre le courant de sortie et le courant d’entrée.
  2. Conversion de fréquence de l’onduleur à modulation de largeur d’impulsion (PWM) :
    • Pour les onduleurs PWM, la fréquence de sortie peut être calculée à l’aide de l’indice de modulation (m) et de la fréquence porteuse (f_c) :

Ici, m est généralement compris entre 0  et  1, et il représente la  fraction de la fréquence porteuse utilisée pour la modulation.

Conversion de fréquence du convertisseur matriciel :
 Les convertisseurs matriciels convertissent directement une fréquence CA en une autre, et leur fonctionnement peut être plus complexe.  La fréquence de sortie  peut être contrôlée par la modulation des  tensions et des courants d’entrée  et   de sortie.

Conversion de fréquence du cycloconvertisseur :
Dans un cycloconvertisseur,  la fréquence  de sortie (f_out) peut être calculée en fonction  de la fréquence d’entrée  (f_in) et du nombre d’impulsions de sortie  par cycle  (m) : 

Les cycloconvertisseurs sont généralement utilisés pour les applications à faible vitesse et à couple élevé, de sorte que la fréquence de sortie est souvent inférieure à la fréquence d’entrée.

Ce sont les formules générales pour la conversion de fréquence dans certains types courants d’onduleurs. Des techniques de contrôle et de modulation spécifiques peuvent affecter des calculs précis dans des systèmes réels. Selon l’application, des facteurs supplémentaires tels que la technique de modulation, l’amplitude de tension ou de courant et le schéma de contrôle peuvent devoir être pris en compte pour déterminer avec précision la fréquence de sortie.

 

L’importance des convertisseurs de fréquence et leur rôle dans les industries

Les convertisseurs de fréquence, également connus sous le nom de variateurs de fréquence (VFD), sont des dispositifs cruciaux qui modifient la fréquence des courants électriques. Ils offrent des avantages clés pour l’alimentation des équipements et l’optimisation des processus dans de nombreux secteurs.

  • Activer la compatibilité électrique mondiale

Les convertisseurs de fréquence permettent d’adapter les fréquences et les tensions de puissance aux normes électriques régionales. Cela garantit un fonctionnement sans faille des équipements provenant de différents pays.

  • Contrôle précis de la vitesse du moteur

En modifiant la fréquence d’entrée, les convertisseurs permettent une régulation précise de la vitesse des moteurs électriques. Ce niveau de contrôle est vital dans les secteurs de la fabrication, de l’agriculture, du transport et d’autres applications utilisant des convoyeurs, des pompes, des compresseurs, etc.

  • Intégrer l’énergie renouvelable au réseau

Les convertisseurs modifient les sorties à fréquence variable des sources renouvelables comme l’éolien et le solaire en fréquences fixes et compatibles avec le réseau. Cela facilite l’intégration de l’énergie verte dans les réseaux électriques.

  • Avionique de puissance et systèmes aérospatiaux

L’équipement des aéronefs nécessite souvent des fréquences électriques spécifiques. Les convertisseurs adaptent l’alimentation secteur pour répondre de manière fiable aux besoins du système d’aviation.

  • Exploiter des navires à l’échelle mondiale

Sur les navires de mer, les convertisseurs adaptent les entrées d’alimentation à quai et basculent entre les systèmes électriques à bord pour maintenir la compatibilité entre les régions.

  • Permettre la recherche et les tests

Dans les laboratoires, les paramètres de fréquence et de tension personnalisés activés par les convertisseurs facilitent les recherches, les expériences et les simulations sophistiquées.

  • Maintenir la stabilité du centre de données

Les centres de données ont besoin d’une alimentation stable et précise pour les serveurs et les équipements informatiques. Les convertisseurs de fréquence maintiennent une alimentation électrique de qualité.

  • Optimisez le CVC et le contrôle de la température

Les convertisseurs permettent de contrôler la vitesse variable des composants CVC tels que les ventilateurs et les pompes pour une efficacité énergétique maximale.

En résumé, les convertisseurs de fréquence permettent d’utiliser des applications électriques clés dans le monde entier grâce à des modifications de la fréquence d’entrée. Leur flexibilité et leurs capacités d’optimisation les rendent indispensables dans tous les secteurs.

 

Principaux types de convertisseurs de fréquence et leurs applications

Les convertisseurs de fréquence, également appelés onduleurs ou variateurs de fréquence (VFD), sont disponibles dans une variété de types conçus pour différentes applications et besoins de conversion de puissance.

Onduleurs de source de tension (VSI)

  • Type de convertisseur de fréquence le plus courant
  • Convertissez la tension continue fixe en courant alternatif réglable
  • Largement utilisé dans les entraînements de moteurs à vitesse variable et les systèmes CVC

Onduleurs de source de courant (CSI)

  • Convertissez le courant continu fixe en courant alternatif et en fréquence réglables
  • Utilisé dans des applications spécialisées comme le soudage à l’arc électrique

Onduleurs PWM (Pulse-Width Modulation)

  • Contrôlez avec précision la vitesse du moteur avec une distorsion harmonique réduite
  • Utiliser PWM pour contrôler la tension et la fréquence de sortie

Convertisseurs matriciels

  • Conversion directe de fréquence AC à AC sans liaison CC
  • Conception compacte et économe en énergie

Cycloconvertisseurs

  • Conversion directe d’une fréquence CA en une autre
  • Utilisé pour les applications à couple élevé et à faible vitesse comme les fours à ciment

Onduleurs multiniveaux

  • Produisez plusieurs niveaux de tension pour une sortie de forme d’onde de haute qualité
  • Réduire les distorsions dans les systèmes d’énergie renouvelable

Onduleurs contrôlés par DSP

  • Utiliser le traitement numérique du signal pour un contrôle de sortie de précision
  • Haute performance et flexibilité

Convertisseurs monophasés à triphasés

  • Permettre à l’équipement de passer de l’alimentation monophasée à l’alimentation triphasée

Variateurs de fréquence (VFD)

  • Conçu spécifiquement pour le contrôle de la vitesse du moteur
  • Économisez de l’énergie et optimisez les performances dans l’industrie

Convertisseurs de fréquence statiques

  • Fournir une alimentation CA stable et précise
  • Utilisé dans les laboratoires et les processus critiques

Le choix du bon convertisseur de fréquence dépend de la précision, de l’efficacité, de la compatibilité et des exigences spécifiques à l’application. Différents types offrent des avantages distincts pour les charges électriques prévues.

 

Quels sont les principes de fonctionnement des convertisseurs de fréquence ?

Le  principe de fonctionnement des  convertisseurs de fréquence peut varier en fonction  du  type et de la conception spécifiques. Cependant,  le  concept de base est de convertir l’énergie électrique  d’une fréquence à une autre. Voici un aperçu général  du  fonctionnement des convertisseurs de fréquence :

Correction :
 De nombreux convertisseurs de fréquence commencent par une rectification, convertissant le courant  alternatif (CA) en courant continu  (CC).  Cela se fait généralement à l’aide de diodes ou de thyristors.

Liaison CC :
L’alimentation CC  convertie  est stockée dans  la  liaison CC, souvent sous la forme d’un condensateur ou d’une inductance. Cette liaison  CC fournit une  alimentation CC stable aux étages suivants du  convertisseur.

Inversion :
    L’étage d’inversion convertit le courant  continu  en courant alternatif à la fréquence souhaitée.Le type d’onduleur  utilisé (source de tension,  source de courant, PWM, etc.)  dépend de la conception spécifique du variateur de  fréquence.


 Logique  de contrôle : Un  élément clé de tout convertisseur de  fréquence est sa logique de contrôle. Ceci est généralement mis en œuvre à l’aide d’un microcontrôleur,  d’un  processeur de signal numérique  (DSP) ou d’un autre circuit de commande. La logique de contrôle  surveille les  caractéristiques de  puissance d’entrée et de sortie  pour s’assurer  que les niveaux de  fréquence  et de tension requis sont maintenus.

Modulation (pour les onduleurs PWM) :
 Les onduleurs PWM utilisent la  modulation de largeur d’impulsion pour contrôler la  fréquence et la tension de sortie. La logique de contrôle  détermine la  largeur et la synchronisation des  impulsions pour ajuster la puissance de  sortie.

Rétroaction et capteurs :
 Les capteurs et les  systèmes de  rétroaction, tels que  les capteurs de courant et de   tension, sont utilisés pour fournir des données en temps  réel à la logique de commande.

Ce retour d’information aide le  convertisseur à   s’ajuster en permanence  pour maintenir  les caractéristiques de sortie souhaitées.

Filtre de sortie :
 Dans certaines applications, en particulier celles qui nécessitent une  sortie  sinusoïdale propre, un   filtre de sortie  peut être utilisé pour lisser la  forme d’onde de sortie et  réduire la  distorsion harmonique.

Fonction de protection :
 Les variateurs de  fréquence sont souvent équipés de diverses fonctions de protection  telles que  la protection contre les surintensités,  la protection contre les  surtensions et la    protection thermique pour   protéger l’équipement  et  l’onduleur  lui-même.

Communication et interface :
 De nombreux convertisseurs de fréquence modernes  disposent  d’interfaces de  communication qui  permettent aux  utilisateurs de  surveiller et  de contrôler à distance le   convertisseur,  de l’intégrer dans des  systèmes  d’automatisation et   de collecter des données.  données sur son fonctionnement.

Comme mentionné dans la réponse précédente, les principes de fonctionnement de certains types de convertisseurs de fréquence peuvent être différents. Par exemple, un convertisseur matriciel utilise une méthode de conversion directe AC-AC sans liaison CC, tandis qu’un convertisseur direct convertit directement le courant alternatif d’une fréquence à une autre. Le choix du convertisseur de fréquence dépend des exigences de l’application, telles que : B. La nécessité d’un contrôle précis, d’une efficacité énergétique et de caractéristiques spécifiques des charges fournies.

 

Avantages de l’utilisation de convertisseurs de fréquence

Les convertisseurs de fréquence, également appelés  variateurs de  fréquence (VFD), offrent polyvalence et optimisation pour de  nombreuses applications grâce à  leur capacité à  ajuster la  fréquence de  puissance d’entrée.  Leurs nombreux avantages sont les suivants :

  • Activez le  fonctionnement à vitesse variable du  moteur  pour plus d’efficacité dans  les convoyeurs, les pompes, les ventilateurs,  etc.
  • Réduisez la  consommation d’énergie et les coûts grâce à l’optimisation de  la vitesse  pour des charges variables.
  • Permettre une compatibilité globale  des équipements via l’adaptation de la  fréquence et de  la tension d’alimentation.
  • Prolongez la durée de vie du moteur  grâce à des  démarrages et des arrêts contrôlés.
  • Minimisez  les contraintes mécaniques du  système  en permettant une  accélération/décélération en douceur.
  • Permet un contrôle précis du processus pour des tolérances plus serrées et une meilleure qualité de fabrication.
  • Réduisez les  besoins d’entretien grâce à un fonctionnement plus fluide du moteur.
  • Réduisez  les nuisances sonores   en permettant des  changements de  vitesse progressifs.
  • Atténuez  les harmoniques de puissance pour le respect  des  normes de qualité.
  • Optimisez le CVC grâce au contrôle  variable de la  vitesse du  ventilateur  et de  la pompe pour plus de confort et d’efficacité.
  • Intégrez des  sources  d’énergie renouvelables au réseau en convertissant des fréquences variables.
  • Activez  la surveillance et le  contrôle à distance pour une meilleure gestion du système.
  • Offre polyvalence  et  adaptabilité dans de nombreuses applications industrielles, commerciales et d’infrastructure.

En résumé,  les convertisseurs de fréquence sont inestimables pour optimiser l’efficacité,  la compatibilité, la précision  et  le contrôle dans une large gamme de  systèmes électriques et d’applications de  processus. Leurs fréquences de  sortie réglables permettent de réduire  la consommation d’énergie,  de réduire les contraintes,  de bénéficier d’une flexibilité  et d’une durée de vie prolongée  de l’équipement.

 

 

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