Quels sont les différents types de convertisseurs de fréquence?

Les convertisseurs de fréquence modifient la fréquence à laquelle l'électricité coule pour s'adapter à l'équipement. Ces appareils sont très importants dans les usines, les avions et les navires. Ils aident à économiser de l'énergie et à soutenir les systèmes d'énergie verte. Il existe trois types principaux: le rotatif, l'état solide et le statique. Les gens les regroupent également par la façon dont ils fonctionnent, comment ils sont contrôlés et comment ils stockent l'énergie. Choisir le bon convertisseur de fréquence aide les entreprises à économiser de l'argent et à suivre les règles.

Technologies de convertisseur de fréquence

Convertisseurs de fréquence rotatif

Les convertisseurs de fréquence rotative utilisent ensemble les moteurs électriques et les générateurs. Ils changent la fréquence de l'énergie électrique. Ces machines ont des pièces mobiles qui relient l'entrée et la sortie. Les convertisseurs rotatifs peuvent gérer beaucoup de puissance. Ils fonctionnent bien dans des endroits durs comme les chemins de fer et les usines lourdes. Les gens les utilisent là où l'électricité doit être stable et fiable.

Les convertisseurs rotatifs aident à maintenir les systèmes d'alimentation stables. Ils utilisent l'énergie stockée dans leurs pièces de filage. Les études montrent que les convertisseurs rotatifs se décomposent moins que les types statiques. Par exemple, dans le chemin de fer suédois, les convertisseurs rotatifs ont mieux fonctionné et ont duré plus longtemps. Mais, ils peuvent avoir des problèmes comme se tordre dans l'arbre. Les ingénieurs les réparent avec des systèmes de contrôle spéciaux.

Caractéristiques clés:

• Gère beaucoup de pouvoir et de travaux difficiles

• Fiable avec moins de pannes

• A besoin de soins réguliers à cause des pièces mobiles

Applications typiques:

• Chemins de fer

• Usines

• Centrales électriques

Convertisseurs de fréquence à l'état solide

Les convertisseurs de fréquence à l'état solide utilisent des pièces électroniques comme les transistors et les diodes. Ils changent la fréquence de l'électricité. Ces convertisseurs n'ont pas de pièces mobiles. Cela les rend plus petits, plus légers et plus faciles à prendre en charge. Les convertisseurs à semi-conducteurs sont devenus populaires dans les années 1980. Maintenant, ils sont beaucoup utilisés, en particulier pour la puissance de 400 Hz aux États-Unis.

Les convertisseurs de fréquence à semi-conducteurs coûtent moins cher à acheter et à fonctionner que les types rotatifs. Ils ne font pas d'émissions et n'ont pas besoin d'espace. Les nouveaux conceptions utilisent des systèmes de contrôle intelligents. Ils peuvent se connecter aux réseaux pour des chèques en temps réel et des réparations anticipées. Les outils d'IA aident à deviner combien de temps ces convertisseurs dureront. Cela les rend bons pour les chargeurs de voiture électriques et les systèmes d'énergie verte.

Caractéristiques clés:

• Petit et léger

• A besoin de peu de soins et pas d'émissions

• Les outils d'IA aident à prédire combien de temps ils durent

Applications typiques:

• Aéroports et avions

• Centres de données

• Systèmes d'énergie verte

Convertisseurs de fréquence statique

Les convertisseurs de fréquence statiques, parfois regroupés avec des types à semi-conducteurs, utilisent l'électronique de puissance pour changer les fréquences. Ils n'ont pas de pièces mobiles. Ces convertisseurs sont désormais le type le plus courant. En 2023, ils représentaient 68,2% du marché. Leur conception se concentre sur le fait d'être fiable, efficace et facile à prendre en charge.

Les tests montrent que les convertisseurs de fréquence statiques peuvent démarrer de grandes machines avec moins de puissance. Ils utilisent des filtres spéciaux pour réduire le bruit électrique et mieux fonctionner. Les convertisseurs statiques vous permettent également de contrôler très bien la force de démarrage. Cela aide à protéger les machines.

Caractéristiques clés:

• Pas de pièces mobiles, donc très fiable

• A besoin de peu de soins

• Fonctionne efficacement et contrôle bien

Applications typiques:

• Usines

• Industries des processus

• Grands moteurs et pompes

Remarque: Les convertisseurs de fréquence statiques, y compris les convertisseurs de fréquence à 50 Hz, sont très importants dans l'industrie actuelle. Ils sont fiables et faciles à prendre en charge, de nombreuses entreprises les choisissent.

Types de convertisseurs de fréquence par méthode

Convertisseur de fréquence AC-AC

Un convertisseur de fréquence AC-AC modifie une tension et une fréquence AC dans une autre. Il ne transforme pas AC en DC en premier. Ce convertisseur utilise des commutateurs spéciaux pour relier l'entrée et la sortie. Les convertisseurs matriciels sont un type commun. Ils utilisent une grille de commutateurs pour contrôler le flux d'électricité.

Les convertisseurs AC-AC sont bons pour contrôler la vitesse du moteur. Ils aident également les alimentations en usines. Ces convertisseurs peuvent aider à envoyer de la puissance sur des distances moyennes.

Une nouvelle étude a montré qu'une nouvelle conception de convertisseur AC-AC a fonctionné à 98% d'efficacité. Il avait un facteur de puissance de 0,97. L'étude a également révélé une faible distorsion harmonique totale et moins de perte de puissance. Cela signifie que le convertisseur économise de l'énergie et fonctionne mieux avec les moteurs.

Avantages:

• Facteur à haute efficacité et puissance

• Conversion directe, si moins de pièces

• Taille compacte

Inconvénients:

• Système de contrôle complexe

• Besoin de commutation précise

• Coût plus élevé pour les conceptions avancées

Utilisations courantes:

• Moteurs

• Alimentations industrielles

• Transmission de puissance à moyenne distance

Convertisseur de fréquence AC-DC-AC

Un convertisseur de fréquence AC-DC-AC modifie d'abord la puissance AC en DC. Ensuite, il change DC en AC à une nouvelle fréquence et tension. Ce processus utilise un redresseur et un onduleur. De nombreux convertisseurs de fréquence utilisent cette méthode, en particulier pour les entraînements à vitesse variable.

Les convertisseurs AC-DC-AC vous permettent de contrôler facilement la tension et la fréquence. Cela aide à exécuter des moteurs à différentes vitesses. Ils améliorent également la qualité de l'énergie et les baisses de tension inférieure.

Les systèmes AC peuvent changer la tension avec les transformateurs. Les systèmes CC ont besoin de plus d'étapes et sont plus difficiles à contrôler. Les convertisseurs AC-DC-AC sont plus complexes mais donnent parfois un meilleur contrôle et efficacité.

Les études montrent que les convertisseurs AC-DC-AC peuvent améliorer la qualité de l'énergie et corriger le facteur de puissance. Par exemple, un convertisseur AC-DC-AC monophasé peut abaisser le courant du transformateur et maintenir la tension de sortie stable. Ces convertisseurs sont souvent utilisés dans les alimentations et les régulateurs de tension sans interruption.

Avantages:

• Tension flexible et contrôle de fréquence

• Bon pour les lecteurs de vitesse variables

• Peut améliorer la qualité de l'énergie

Inconvénients:

• Design plus complexe

• Coût plus élevé en raison de pièces supplémentaires

• Besoin de refroidissement et de contrôle minutieux

Utilisations courantes:

• Drives de moteur à vitesse variable

• Systèmes UPS

• Régulateurs de tension

Astuce: choisissez le bon convertisseur de fréquence pour le travail. Les convertisseurs AC-AC sont les meilleurs pour les changements simples et directs. Les convertisseurs AC-DC-AC sont meilleurs lorsque vous avez besoin de plus de contrôle et de meilleure qualité d'énergie.

Types de stockage d'énergie de liaison DC

Convertisseur de fréquence de type de tension

Un convertisseur de fréquence de type de tension utilise un lien CC avec un grand condensateur pour maintenir l'énergie. Le condensateur se trouve entre le redresseur et l'onduleur. Il aide à lisser le courant et maintient la tension stable. Cela arrête des pointes de tension qui pourraient nuire aux parties sensibles. Par exemple, dans les onduleurs de traction, le condensateur de liaison DC coupe l'ondulation de la tension et protège le système.

Le condensateur de liaison CC améliore également le système mieux et dure plus longtemps. Dans les éoliennes, la liaison DC lisse la tension CC avant d'aller à l'onduleur. Cette tension régulière permet à l'onduleur de faire une sortie CA propre. Le condensateur réduit également le bruit électrique et maintient la qualité de l'énergie élevée.

Les ingénieurs choisissent des condensateurs de liaison DC en regardant quelques choses. Ceux-ci incluent la quantité de charge qu'il peut contenir, la quantité de courant d'ondulation qu'il peut prendre, sa cote de tension et combien de temps il dure. Ils utilisent souvent différents types de condensateurs pour les meilleurs résultats. Le tableau ci-dessous montre des choses importantes sur les condensateurs de liaison DC:

Convertisseur de fréquence de type actuel

Un convertisseur de fréquence de type actuel utilise une inductance dans le lien DC pour stocker l'énergie comme courant. Cette conception maintient le courant stable et contrôle la façon dont il se déroule vers l'onduleur. L'inductance aide à arrêter les surtensions de puissance et réduit l'ondulation du courant. Les convertisseurs de type actuel sont bons pour la grande puissance et l'utilisation d'usine.

De nouvelles recherches montrent que les convertisseurs de type actuel modernes utilisent des semi-conducteurs spéciaux comme les interrupteurs sic et hybrides. Ces modifications les font mieux fonctionner et emportent plus de puissance dans moins d'espace. Par exemple, une étude sur les convertisseurs à haute fréquence avec des interrupteurs hybrides a montré un meilleur refroidissement et moins de perte d'énergie. Les ingénieurs utilisent également des inductances spéciales pour réduire les pertes de courant de Foucault, ce qui aide le convertisseur à rester au frais et à bien fonctionner.

Les convertisseurs de type actuel peuvent fonctionner à des fréquences très élevées, parfois jusqu'à des centaines de kilohertz. Cela signifie des pièces plus petites et de meilleures performances. Dans les systèmes d'alimentation réels, comme les connexions de la rive des navires, les convertisseurs de type actuel aident à faire correspondre les fréquences d'alimentation et à gérer de grandes charges en toute sécurité.

Un onduleur de fréquence CC peut utiliser le stockage d'énergie de tension ou de courant, selon ce qu'il doit faire. Le choix modifie la taille du convertisseur, la façon dont il fonctionne et combien de temps il dure.

Méthodes de contrôle du convertisseur de fréquence

Contrôle V / F

Le contrôle V / F est également appelé contrôle volts-per-hertz. Il maintient la tension et la fréquence dans le même rapport. Cette méthode est bonne pour les travaux automobiles simples. Les gens l'utilisent dans les ventilateurs, les pompes et les convoyeurs. Les ingénieurs aiment le contrôle V / F car il est facile à utiliser. Il n'a pas besoin de capteurs spéciaux. Il aide les moteurs à fonctionner à différentes vitesses. Mais il ne peut pas bien contrôler le couple. Donc, il n'est pas préférable pour les emplois difficiles.

Contrôle du vecteur

Le contrôle du vecteur est parfois appelé contrôle axé sur le champ. Il utilise les mathématiques pour contrôler la vitesse et le couple. Cette méthode vérifie la position et le courant du moteur. Le contrôle du vecteur donne des résultats rapides et précis. Cela fonctionne même si la charge change rapidement. Les usines l'utilisent pour les robots, les grues et les ascenseurs. Il est bon lorsque vous avez besoin d'un contrôle moteur solide et exact.

Contrôle de fréquence différentielle

Le contrôle de fréquence différentielle modifie la fréquence de sortie au besoin. Il examine la différence entre ce que vous voulez et ce que vous obtenez. Cela aide à maintenir le système stable lorsque les choses changent rapidement. Les centrales électriques et les grandes grilles utilisent cette méthode. Il aide à équilibrer l'alimentation et la demande d'électricité. Les ingénieurs vérifient combien la fréquence et la tension changent. Ils regardent également à quelle vitesse le système réagit. Ils vérifient également le pouvoir de réserve.

PWM et méthodes connexes

La modulation de la largeur d'impulsion (PWM) utilise des commutateurs rapides pour contrôler la tension et la fréquence. D'autres méthodes comme SPWM, SVPWM et PAM fonctionnent de manière similaire. PWM modifie la largeur de chaque impulsion de tension. Cela aide à contrôler la puissance. Des études montrent que la sélection de la bonne fréquence PWM économise de l'énergie. Cela rend également le système mieux. Par exemple, un nouveau contrôleur a rendu le système réagi beaucoup plus rapidement. Il a également abaissé l'ondulation de courant. Le PWM synchrone a amélioré le couple et les moteurs plus silencieux. Les ingénieurs ont constaté qu'une fréquence PWM près de 1 kHz fonctionne mieux pour de nombreux disques.

Astuce: PWM et ses types avancés aident les convertisseurs à fonctionner tranquillement et à refroidir. Ils facilitent également le contrôle de la vitesse et du couple dans les moteurs électriques.

Types d'onduleur de fréquence par application

Basse tension et haute tension

Les onduleurs de fréquence à basse tension sont utilisés dans les maisons et les petites entreprises. Ils travaillent également dans l'industrie légère. Ces onduleurs se connectent à des grilles à basse tension. Ils gèrent généralement les charges de moins de 6 kW. Ils doivent suivre des règles strictes pour le contrôle de la tension. Ils utilisent souvent une puissance réactive pour maintenir le réseau stable. L'efficacité est meilleure à des niveaux de tension plus faibles en courant continu. Cela correspond à ce dont la plupart des maisons et des petites entreprises ont besoin. Les onduleurs de fréquence haute tension sont destinés aux grandes usines et aux centrales électriques. Ils sont également utilisés dans l'industrie lourde. Ces onduleurs gèrent de plus grandes charges. Ils doivent faire face aux changements de tension et de facteur de puissance plus complexes. Les deux types aident à correspondre à l'alimentation de ce dont chaque endroit a besoin.

Astuce: choisissez des onduleurs basse tension ou à haute tension en fonction de la taille de la charge et du type de grille.

Monophasé et triphasé

Les onduleurs monophasés donnent de la puissance aux petites charges. Ils sont utilisés pour des choses comme les appareils électroménagers et les petites machines. Ils utilisent une entrée CA monophasée. Cela les rend simples et bon marché. Les onduleurs triphasés alimentent les machines plus grandes et les équipements d'usine. Ils utilisent un AC triphasé. Cela donne une course plus fluide et une meilleure gestion des charges. Le tableau ci-dessous montre les principales différences:

But général et performance haute

Les onduleurs à usage général sont conçus pour des travaux d'usine normaux. Ils donnent un contrôle de base. Ils fonctionnent bien pour les pompes, les ventilateurs et les convoyeurs. Les onduleurs haute performance sont destinés à des emplois difficiles dans les avions, les militaires et l'industrie lourde. Ces onduleurs donnent un contrôle avancé et plus de puissance. Ils travaillent également dans des gammes de fréquences plus larges. Par exemple, les modèles haute performance peuvent aller jusqu'à 400 Hz ou plus. Les onduleurs à usage général restent généralement près de 50 à 60 Hz. Les usines choisissent des onduleurs haute performance pour une vitesse exacte et un contrôle du couple.

Haute fréquence, IGBT, MOSFET

Les pièces à l'intérieur des onduleurs affectent leur fonctionnement. Les onduleurs basés sur IGBT sont bons pour les tensions supérieures à 400 V. Ils fonctionnent mieux à des fréquences inférieures à 100 kHz. Ils peuvent gérer beaucoup de puissance et rester cool. Les onduleurs à base de MOSFET sont meilleurs à des fréquences élevées et à des tensions inférieures. Cela les rend idéaux pour changer d'alimentation et électronique rapide. Les onduleurs à haute fréquence utilisent ces pièces pour donner une puissance propre et régulière dans les laboratoires et la recherche. Ils sont également utilisés dans l'aérospatiale. Les ingénieurs choisissent la bonne partie en fonction de la tension, de la fréquence et du travail.

Remarque: Des études montrent que des choses comme la tension, le courant et la température aident à trier et à améliorer les performances de l'onduleur. L'apprentissage automatique aide désormais à regarder et à faire fonctionner mieux les onduleurs dans les plantes solaires et autres endroits.

Connaître les types de convertisseurs de fréquence aide les gens à choisir le bon. Chaque type est le meilleur pour certains emplois. Les gens devraient réfléchir à ce dont ils ont besoin et aux règles locales avant d'acheter. Les experts peuvent aider avec les projets durs. La nouvelle technologie rend ces appareils meilleurs et plus faciles à utiliser.

FAQ

Que fait un convertisseur de fréquence?

Un convertisseur de fréquence modifie la fréquence à laquelle l'électricité circule. Cela permet aux machines de fonctionner à la bonne vitesse ou à la bonne puissance. Les usines et les maisons les utilisent pour économiser de l'énergie. Ils aident également à protéger l'équipement contre les dommages.

En quoi un convertisseur de fréquence rotatif diffère-t-il d'un type à l'état solide?

Un convertisseur de fréquence rotatif a des pièces mobiles comme les moteurs et les générateurs. Un convertisseur à semi-conducteurs utilise des pièces électroniques et n'a pas de pièces mobiles. Les types rotatifs peuvent gérer plus de puissance. Les types à semi-conducteurs sont plus petits et plus faciles à prendre en charge.

Où les gens utilisent-ils les convertisseurs de fréquence le plus souvent?

Les gens utilisent des convertisseurs de fréquence dans les usines, les trains, les navires et les avions. Ils aident également aux centres de données et aux systèmes d'énergie verte. Ces appareils maintiennent bien les machines et aident à économiser de l'énergie.

Les convertisseurs de fréquence peuvent-ils aider à économiser de l'énergie?

Oui, les convertisseurs de fréquence aident à économiser de l'énergie. Ils permettent aux moteurs et aux machines de fonctionner uniquement aussi vite que nécessaire. Cela réduit l'énergie gaspillée et réduit les factures d'électricité.