Variateur de vitesse :

Un variateur de vitesse est un dispositif électronique destiné à commander la vitesse d'un moteur électrique.

En effet, la plupart des moteurs tournent à vitesse constante. Pour moduler la vitesse des équipements de procédé , on a longtemps eu recours à divers dispositifs mécaniques. 
Aujourd’hui, on fait surtout appel à des variateurs de vitesse électroniques. Pour les procédés industriels exigeant une régulation précise de la vitesse ,on a d’abord utilisé des moteurs à courant continu (CC) commandés par des variateurs électroniques à semi-conducteurs. Cette technique consistait à faire varier la vitesse proportionnellement à la tension . Étant donné la complexité de l’entretien des moteurs CC, les applications récentes n’utilisent que rarement ce système.

Dans les premiers variateurs de vitesse électroniques à courant continu, le dispositif de commande utilisé était le thyristor, un dispositif vulnérable aux perturbations du réseau électrique.

Depuis, l’électronique de puissance a fait des progrès considérables et on installe de plus en plus des variateurs de vitesse à fréquence variable avec des moteurs à courant alternatif. Ces variateurs de vitesse exploitent le plus souvent la modulation de largeur d’impulsion (MLI) et les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT). 

•            Composition: 

Les variateurs de vitesse sont constitués principalement d'un convertisseur statique et d'une électronique de commande. Les variateurs récents contiennent aussi un étage de correction du facteur de puissance afin de respecter les normes de compatibilité électromagnétique.

En général, le convertisseur statique est un hacheur ou un onduleur.

L'électronique de commande réalise la régulation et l'asservissement de la machine à travers le convertisseur statique de sorte que l'utilisateur puisse commander directement une vitesse. Sa conception dépend essentiellement de la stratégie de commande choisie (commande vectorielle, commande scalaire,...).

•           principe de fonctionnement: 

Dans un moteur à courant alternatif, la vitesse mécanique du rotor est liée à la fréquence des courants au stator. Ce lien mathématique rend possible une commande de la vitesse du rotor par la commande de la fréquence du courant au stator. C'est ce que l'on appelle la condition de synchronisme qui s'exprime différemment selon que l'on considère une machine synchrone ou une machine asynchrone.

    Pour une machine synchrone, la condition de synchronisme est :

                 

Avec :

• Ns, la vitesse de synchronisme en tours par minute.

•   f, la fréquence d'alimentation en hertz.

•   p, le nombre de paires de pôles.

Pour une machine asynchrone, la condition de synchronisme est :

                       

Avec :

•   g, le glissement en %.

• Ns, la vitesse de synchronisme en tours par minute.

•   N, la vitesse de l'arbre (vitesse réelle) en tours par minute.

Ainsi, il existe une relation directe entre le pilotage de la fréquence du courant au stator et la vitesse mécanique du rotor qui permet, pour toute vitesse mécanique souhaitée, de fixer la fréquence statorique correspondante. C'est sur ce principe que se base le fonctionnement du variateur de vitesse : commander une vitesse de rotation mécanique en commandant la fréquence du courant statorique.

Bien que les machines à courant alternatif soient connues depuis le XIX^e siècle, c'est l'amélioration des variateurs de vitesse (grâce aux progrès de l'électronique de puissance) qui va leur permettre de s'imposer sur les machines à courant continu. 

En particulier, la machine synchrone était autrefois difficile à commander faute de dispositif garantissant la condition de synchronisme entre le rotor et le stator. 

On réalisait alors un accrochage, c'est-à-dire un entraînement du rotor à l'aide d'une génératrice à la vitesse souhaitée avant d'alimenter le stator. Il existait aussi certaines machines synchrones équipées de bobines rotoriques en court-circuit pour permettre un démarrage en machine asynchrone puis un fonctionnement en mode synchrone.

        

•   les avantages d'un variateur de vitesse :

        Le recours aux variateurs de vitesse offre plusieurs avantages :  

    => démarrage progressif des moteurs réduisant les chutes de tension dans le réseau et limitant les courants de démarrage ;

   =>  amélioration du facteur de puissance ;

   => précision accrue de la régulation de vitesse ;

   =>prolongement de la durée de service du matériel entraîné ;

   =>diminution de la consommation d’électricité.

  De nouveaux variateurs de vitesse plus performants peuvent éviter
    l’interruption des procédés en cas de perturbation du réseau de courte durée.
   les inconvénients d'un variateur de vitesse.

  

• les inconvénients d'un variateur de vitesse :

--Tous les variateurs de vitesse intégrant des dispositifs de commutation (diodes, thyristors, IGBT, etc.) forment une charge non linéaire qui engendre des courants harmoniques, sources de distorsion de l’onde (chute ou perturbation de la tension) dans le réseau électrique.
-- Cette dégradation de l’onde peut perturber tant les équipements électriques du client que ceux du réseau électrique si aucune mesure d’immunité n’est prise. 
--Par ailleurs, des résonances harmoniques peuvent également apparaître entre les variateurs de vitesse et les batteries de condensateurs.
--Les effets néfastes peuvent se manifester par la défaillance prématurée des équipements électriques (surchauffe des moteurs, des câbles et des transformateurs), par la dégradation de l’isolation des moteurs commandés ou par l’interruption des procédés (fusibles brûlés).

                Exemple d'un variateur de vitesse simple :

•              EN RÉSUMÉ:

De nos jours, du fait de l’utilisation croissante des variateurs de vitesse dans les procédés industriels, il est préférable de protéger les installations existantes contre les perturbations électriques. Les moyens pour assurer l’immunité sont plus accessibles et plus performants.
Lors de l’acquisition de nouveaux variateurs de vitesse, il est fortement
recommandé de les immuniser suffisamment pour maintenir le bon fonctionnement des équipements en cas de perturbations électriques.