I. Principe de la variation de vitesse
La vitesse de synchronisme d’un moteur asynchrone triphasé est fonction de la fréquence
(alimentation) et du nombre de paires de pôles : NS = f /p
Pour un moteur tétrapolaire à 50 Hz : NS = 50 / 2 = 25 tr/s soit 1500 tr/mn
Le moteur aura une vitesse de rotation inférieure à NS . Pour exprimer l’écart entre vitesse de
synchronisme et vitesse rotor, on définit le glissement :
g = (NS – N) / NS g est voisin de 5%
Pour varier la vitesse du moteur asynchrone, on pourra faire varier la fréquence des courants
d’alimentation.
Les caractéristiques mécaniques Couple-vitesse du moteur asynchrone à rapport U/f constant et pour
différentes fréquences sont données ci-après :
II. Principe de la variation de fréquence
Pour faire varier la fréquence et la valeur efficace entre phases de la tension, on utilise la procédure
suivante
L’onduleur découpe la tension continue intermédiaire suivant le principe MLI (Modulation de
Largeur d’Impulsions) de façon à ce que le courant moteur soit quasi sinusoïdal.
Cette technique assure une rotation des moteurs régulières et sans à-coups, même à basse vitesse.
Avec les variateurs de dernière génération, on peut fonctionner dans des gammes de fréquence
(si le moteur et la charge le permettent…) de 0,1Hz à 500Hz.
III. Fonctionnalités des variateurs
Pour sélectionner le variateur à utiliser en fonction de l’application, il faudra prendre en compte
un certain nombre de paramètres:
Nombre de quadrants de fonctionnement,
Gamme de fréquence (directement liée à la gamme de vitesse),
Possibilité de fonctionner en boucle fermée par utilisation d’une dynamo tachymètrique.
Exemple d’application mono quadrant : Un convoyeur avec un seul sens de translation.
Exemple d’application 4 quadrants : Une application de positionnement dans les 2 sens de rotation
nécessitant un contrôle dynamique des décélérations et des accélérations.
IV. Ensemble moteur-variateur
On commence par dimensionner le moteur en tenant compte d’un éventuel déclassement.
Exemple:
Soit un Moteur standard, auto-ventilé tétrapolaire entrainant une charge de couple résistant 10 Nm.
Si on le fait fonctionner jusqu'à 75 Hz, le coefficient C/Cn vaut environ 0,6.
Le couple nominal du moteur est donc:
Cn = 10 / 0,6 = 16,7 Nm
Soit une puissance utile voisine de :
Pu = 16,7. π . 1500 / 30 = 2,6 kW
Remarque :
En survitesse la tension ne peut plus évoluer avec la fréquence, le couple chute rapidement.
De plus il faut vérifier que le moteur peut fonctionner en survitesse.
V. Choix d’un variateur
On choisit la gamme de variateurs suivant les fonctionnalités recherchées, par exemple l’ALTIVAR
ATV61 permettra de fonctionner dans les 4 quadrants, avec des fonctions de dialogue évoluées et
une protection thermique intégrée.
Le choix du variateur se fait principalement en fonction de la tension réseau et de la puissance (utile)
du moteur.
VI. Mise en œuvre d’un variateur
VII.1 Introduction
On se propose de mettre en œuvre un variateur de vitesse (ATV32 de Schneider) pour des applications
simples.
Remarque
Schneider livre les variateurs pré-paramétrés de façon identique. Ce jeu de paramètre est appelé
‘Réglage usine’. Il est possible de retourner au réglage usine à tout moment :
Menu : 1.3 CONFIGURATION (CONF) Réglages usine (FCS) Config .source (FCSI) = Macro- config (InI)
Groupes paramètres (FrY) = Tous (ALL)
Retour aux réglages usine (GFS) = OUI (Yes) (le paramètre repasse à No à la fin)
VII.2 Exemples d’applications simples
VII.2.1 Faire tourner le moteur en avant ou en arrière
a- Câblage
- Relier la borne AI1 (consigne analogique) à la borne 10V.
- Relier la borne LI1 à la borne +24V
b- Fonctionnement
Marche avant :
Dès que LI1 sera reliée, le variateur va démarrer immédiatement le moteur dans le sens Avant et lui
faire atteindre la vitesse écrite dans le paramètre HSP (High Speed) soit : 50 Hz ~ 1500 tr/mn pour un
moteur classique.
Quelque soit le sens, le variateur respectera les rampes d’accélération et de décélération des paramètres
ACC et DEC préalablement réglées.
Pour diminuer ou augmenter la vitesse, les rampes d’accélération et de décélération
Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL=> SIMPLY START (SIM-) => modifier les paramètres :
Petite vitesse (LSP), Grande vitesse (HSP), Accélération (ACC), Décélération (DEC).
Exemple pour le paramètre HSP :
Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL=> SIMPLY START (SIM-) => Grande vitesse (HSP) = 40
(si la vitesse souhaitée est 40 Hz).
Marche arrière :
LI2 est affectée à la Marche arrière.
Remarque : Au lieu de lier LI1 et la polarité, on peut utiliser le contact d’un bouton poussoir ou d’une
sortie automate.
VII.2.2 Faire varier la vitesse avec un potentiomètre
a- Paramétrage
- Vérifier si le paramètre LSP est à la valeur 0 ( 0 Hz est la valeur du réglage usine)
- Vérifier si le paramètre HSP est la valeur 50 ( 50 Hz est la valeur du réglage usine)
Ces deux paramètres sont accessibles sous :
Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL=> SIMPLY START (SIM-)
b- Câblage
- Utiliser un potentiomètre de valeur maximum 10 kΩ, (Exemple : 2,2 kΩ).
- Connecter le potentiomètre de la façon suivante : résistance complète entre les bornes 10V et COM et
le point milieu sur la borne AI1.
- Lier la borne LI1 (Marche avant) à la borne + 24V.
c- Fonctionnement
Dès que LI1 sera lié, le variateur va démarrer immédiatement le moteur dans le sens Avant et lui faire
atteindre la vitesse définie par l’entrée analogique 0-10 V correspondant à 0-50 Hz.
Le variateur démarre suit les rampes d’accélération et atteint sa consigne de vitesse déterminée par le
potentiomètre, L’opérateur peut alors faire évoluer très aisément la consigne vitesse.
Pour arrêter, rompre la liaison LI1-24V
Remarque : Au lieu de lier LI1 et la polarité, utiliser le contact d’un bouton poussoir ou d’une sortie
automate.
VII.2.3 Faire varier la vitesse avec un signal analogique courant 0-20mA ou 4-20 mA
L’unique entrée analogique courant est l’entrée AI3
a- Paramétrage
Affectation de l’entrée analogique au canal consigne FR1
Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL => COMMANDE (CtL) => Canal Réf.1 (Fr1) = AI3 (AI3)
Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL => ENTREES / SORTIES (I-O) => CONFIGURATION AI3
(AI3) => Type AI3 (AI3t) = Courant (0A)
Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL => ENTREES / SORTIES (I-O) => CONFIGURATION AI3
(AI3) => Valeur mini AI3 (CrL3) = couramment 0 ou 4 mA,
Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL => ENTREES / SORTIES (I-O) => CONFIGURATION AI3
(AI3) => Valeur maxi AI3 (CrH3) = couramment 20 mA.
b- Câblage
- Connecter l’entrée analogique 4-20 mA ou 0-20 mA entre les bornes COM et AI3.
c- Fonctionnement
- Lier la borne LI1 (Marche avant) du bornier à la borne + 24V
Le variateur démarre suit les rampes d’accélération et atteint la consigne de vitesse déterminée par
l’entrée courant.
VII.2.4 Utilisation des vitesses présélectionnées Quelque soit la vitesse choisie, il est nécessaire que l’ordre de Marche Sens Avant LI1 ou l’ordre de
Marche sens arrière LI2 soient activées.
a- Cahier des charges
Il spécifie 4 vitesses présélectionnées
- vitesse lente de 5 Hz si l’entrée LI3 est activée (SP2)
- vitesse moyenne de 25 Hz si l’entrée LI4 est activée (SP3)
- vitesse rapide de 40 Hz si LI3 et LI4 sont activées (SP4)
- il faudra rajouter la vitesse de 50 Hz lorsque LI3 et LI4 seront désactivées.
b- Paramétrage
Vérifier que les paramètres LSP = 0 et HSP = 50 (réglages usine), dans :
Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL=> SIMPLY START (SIM-)
Pour obtenir les vitesses de 5, 25 et 40 Hz avec les entrées LI3 et LI4, on procède comme suit :
1.3 CONFIGURATION (CONF) => FULL=> FONCTIONS D’APPLI. (FUN) => VITESSES PRESELECT. (PSS)
=> 2 vitesses présélectionnées (PS2) = LI3
=> 4 vitesses présélectionnées (PS4) = LI4
=> Vitesse présélectionnée 2 (SP2) = 5 Hz
=> Vitesse présélectionnée 3 (SP3) = 25 Hz
=> Vitesse présélectionnée 4 (SP4)= 40 Hz
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