Transparents du cours 10 - Université catholique de Louvain

2012 - Université catholique de Louvain
Entraînements électriques à vitesse variable
Essentiellement repris de H. BUYSE
ELEC 2753 Electrotechnique

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LES ENTRAÎNEMENTS A VITESSE VARIABLE
1. Activités où la vitesse variable est indispensable pour régler le système ou le processus
(entraînements de laminoirs et leurs auxiliaires, d'extrudeuses, de mélangeurs, de
centrifugeuses, de fours rotatifs, de machines-outils, traction et de propulsion électrique).
La vitesse variable ne constitue pas une nouveauté et les solutions utilisées ont évolué
avec le développement de la technologie.
2. Entraînements de turbomachines réceptrices (pompes, ventilateurs, soufflantes,
compresseurs) qui requièrent un réglage du point de fonctionnement, afin d'adapter la
machine aux paramètres d'exploitation du processus.
- Réglage traditionnel : vannage, persiennes, aubes directrices ajustables, pales
d'incidence variable pertes de charge supplémentaires augmentation de la
puissance consommée.
- Vitesse variable : déplacement de la caractéristique de la turbomachine point de
fonctionnement souhaité ( puissance consommée = puissance utile nécessaire).
Augmentation du coût de l'énergie recherche en vue d'améliorer les rendements
énergétiques des différents procédés industriels. Les entraînements de puissance peuvent
être améliorés par l'utilisation d'entraînements électriques à vitesse variable.

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Exemple : variantes d ’entraînement d ’une
pompe
Pompe entraînée à vitesse constante
+ vanne de réglage Pompe entraînée à vitesse variable
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Quelques évolutions techniques
Les progrès des semiconducteurs de puissance (diodes, thyristors, transistors) permettent
aujourd'hui de réaliser des convertisseurs de courant, de tension, de fréquence, dans une
gamme de puissance allant de quelques centaines de watts à plusieurs dizaines de mégawatts.
Résultat de plusieurs développements techniques :
-transistors de puissance (transistors à jonction et à effet de champ, Insulated Gate Bipolar
Transistors: IGBT) pour les applications de faible et moyenne puissance;
- convertisseurs de très grandes puissances (à thyristors ou thyristors blocables) alimentés
directement par le réseau moyenne tension;
- convertisseurs opérant à des fréquences très supérieures à 50 Hz permettant d'alimenter des
moteurs à grande vitesse pour attaque directe de machines rapides (compresseurs, pompes,
centrifugeuses, meules, etc...);
- le développement de techniques numériques et des microprocesseurs permet des progrès dans
la commande des convertisseurs et la régulation des systèmes d'entraînement. Ces dispositifs
assurent en outre des fonctions des communication avec l'utilisateur.

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Caractéristiques de l ’entraînement
L'importance des économies réalisables par l'utilisation des entraînements à vitesse variable
dépend de plusieurs facteurs - le temps de fonctionnement de l'installation
- le temps d'utilisation à charge partielle
- les caractéristiques de la charge entraînée
- le rendement des divers appareils
- le coût de l'énergie électrique.
La caractéristique couple/vitesse de la charge entraînée joue un rôle essentiel.
On distinguera les charges caractérisées par un couple :
-proportionnel au carré de la vitesse ( = kN2, P = kN3),
comme les turbopompes et les ventilateurs.
-proportionnel à la vitesse (= k'N , P = k'N2),
comme les presses, les calandres (frottement visqueux).
-constant (= k" , P = k"N ), comme les pompes volumétriques,
les laminoirs, les engins de levage.
-inversement proportionnel à la vitesse (donc un fonctionnement à puissance
constante).