Introduction
Entraînements à fréquence variable (EFV)également connu sous le nom de convertisseurs de fréquence, convertisseurs de fréquenceLes convertisseurs de fréquence utilisent principalement la modulation de largeur d'impulsion (MLI) pour réaliser la conversion de fréquence. Il s'agit de générer une série d'impulsions de largeurs et d'intervalles variables pour former la tension de sortie. La taille et la forme de ces impulsions sont déterminées par les intersections de l'onde de modulation et de l'onde porteuse, connues sous le nom de fréquence porteuse. La fréquence porteuse a un impact significatif sur les performances et l'efficacité de ces dispositifs. Il est essentiel de régler correctement la fréquence porteuse pour minimiser le bruit du système, obtenir des formes d'onde fluides et réduire les interférences.
Quelle est la fréquence porteuse des convertisseurs de fréquence basse tension ?
La fréquence porteuse fait référence à la fréquence à laquelle les dispositifs électroniques de puissance à l'intérieur de l'EFV commutent pour créer la fréquence de sortie variable nécessaire pour contrôler le moteur. Dans les convertisseurs de fréquence basse tension (≤ 500V), la principale méthode de contrôle est la modulation de largeur d'impulsion sinusoïdale (SPWM), où la fréquence porteuse est réglable, allant généralement de 1 kHz à 15 kHz. Bien que les utilisateurs se fient souvent aux valeurs préréglées par le fabricant, il est crucial de régler la fréquence porteuse en fonction des conditions de fonctionnement réelles. Des réglages incorrects de la fréquence porteuse peuvent avoir un impact négatif sur les performances et l'efficacité du convertisseur de fréquence. Les sections suivantes fournissent des lignes directrices pour la sélection de la fréquence porteuse appropriée.
Fréquence porteuse et consommation électrique du convertisseur de fréquence
La consommation électrique d'un convertisseur de fréquence est directement influencée par sa fréquence porteuse. Des fréquences porteuses plus élevées entraînent une augmentation des pertes de commutation dans les composants électroniques de puissance, ce qui se traduit par une consommation d'énergie plus élevée. Inversement, des fréquences porteuses plus basses réduisent les pertes de commutation mais peuvent affecter la fluidité du fonctionnement du moteur. Il est donc essentiel d'optimiser la fréquence porteuse pour équilibrer la consommation d'énergie et les performances opérationnelles.
Influence de la fréquence des porteurs sur la température ambiante
La température ambiante a un impact significatif sur les performances et la fiabilité des produits suivants convertisseurs de fréquence. Des fréquences porteuses élevées combinées à des températures ambiantes élevées peuvent solliciter les modules de puissance et réduire leur capacité à gérer des courants de sortie continus. Pour garantir un fonctionnement sûr et fiable de l'IGBT, il est nécessaire d'ajuster la fréquence porteuse et de tenir compte de la température ambiante lors du réglage des paramètres du convertisseur de fréquence.
Fréquence porteuse et puissance du moteur
Pour les moteurs de forte puissance, il est généralement conseillé d'utiliser des fréquences porteuses plus basses. Cela permet de réduire les interférences avec d'autres équipements, de diminuer la consommation d'énergie et de réduire la production de chaleur. Bien que les différents fabricants puissent avoir des recommandations spécifiques, le principe général est d'équilibrer les performances et l'efficacité en sélectionnant une fréquence porteuse appropriée pour la puissance nominale du moteur.
Relation entre la fréquence porteuse et la longueur de la sortie secondaire (U, V, W) du convertisseur de fréquence
La longueur des câbles de sortie secondaires (U, V, W) influe également sur le choix de la fréquence porteuse. Plus la longueur du câble de sortie augmente, plus le courant de fuite augmente. Pour y remédier, la fréquence porteuse doit être ajustée en conséquence :
- Pour les longueurs de câble < 50m : 15 kHz
- Pour des longueurs de câble de 50 à 100 m : 10 kHz
- Pour des longueurs de câble de 100 à 150 m : 5 kHz
- Pour des longueurs de câble de 150 à 200 m : 1 kHz
| Fréquence de la porteuse (kHz) | Longueur de la ligne (m) |
| 15 | < 50 |
| 10 | 50 – 100 |
| 5 | 100 – 150 |
| 1 | 150 – 200 |
Quel est l'impact de la fréquence porteuse sur le courant de sortie des convertisseurs de fréquence ?
La fréquence de la porteuse affecte le contenu harmonique du courant de sortie de convertisseurs de fréquence. Les fréquences porteuses plus élevées tendent à produire une distorsion harmonique plus faible, ce qui se traduit par une forme d'onde de courant de sortie plus propre. Cela peut améliorer les performances et la durée de vie des moteurs et autres équipements connectés. Cependant, cela augmente également les pertes de commutation, ce qui a un impact sur l'efficacité. Il est donc essentiel d'équilibrer la réduction des harmoniques et l'efficacité lors du réglage de la fréquence porteuse.
Quels sont les effets de la fréquence porteuse sur les moteurs ?
Bruit et vibrations
Des fréquences porteuses plus élevées réduisent le bruit et les vibrations du moteur, ce qui rend le fonctionnement plus silencieux et plus souple. Cependant, elles augmentent également la fréquence des courants harmoniques, exacerbant l'effet de peau dans le stator du moteur et augmentant les pertes du moteur. L'utilisation d'une fréquence porteuse appropriée minimise le bruit et les vibrations tout en assurant un fonctionnement efficace du moteur.
Chauffage
La fréquence de la porteuse affecte les caractéristiques de chauffage du moteur. Des fréquences plus élevées améliorent la forme d'onde du courant mais augmentent également la température du moteur en raison des courants harmoniques supplémentaires. Pour atténuer ce phénomène, utilisez des fréquences porteuses plus élevées avec des mesures de refroidissement supplémentaires, telles que des réactances CA, ou optez pour des moteurs à onduleur spécialement conçus.
Déséquilibre entre la fréquence porteuse et le courant d'entrée triphasé du convertisseur de fréquence
Un déséquilibre de la fréquence porteuse peut entraîner des courants d'entrée triphasés inégaux, provoquant un échauffement excessif et des dommages potentiels à l'appareil. le convertisseur de fréquence. Pour minimiser ce déséquilibre, considérons ce qui suit :
- Améliorer la qualité de l'alimentation électrique pour réduire les tensions d'entrée déséquilibrées.
- Choisir des convertisseurs de fréquence de haute qualité.
- Augmenter la fréquence de la porteuse le cas échéant.
- Ajuster la séquence de phase de la tension d'entrée.
La relation entre la fréquence porteuse et les interférences électromagnétiques
Des fréquences porteuses plus élevées peuvent augmenter les interférences électromagnétiques (EMI) en raison de la commutation à haute fréquence des composants électroniques de puissance. Les EMI peuvent affecter les équipements électroniques voisins par induction électrostatique, induction électromagnétique et radiation électromagnétique. Pour atténuer les perturbations électromagnétiques, il convient d'utiliser des techniques de blindage, de mise à la terre et de filtrage adéquates et de sélectionner une fréquence porteuse appropriée permettant d'équilibrer les performances et les niveaux de perturbations électromagnétiques.
Conclusion
En conclusion, la fréquence porteuse d'un convertisseur de fréquence est un paramètre critique qui influence la consommation d'énergie, la température ambiante, la puissance du moteur, le courant de sortie et les interférences électromagnétiques. Il est essentiel de comprendre ces impacts et d'optimiser la fréquence porteuse pour obtenir un fonctionnement efficace et fiable dans diverses applications.
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