Utilisés pour le contrôle des moteurs triphasés, les variateurs de fréquence mono tri sont des produits compacts et simples à installer rendant variable la fréquence et la vitesse de rotation d’un moteur électrique. Faisant partie de la large gamme des variateurs de vitesse, ils sont présents dans des applications industrielles extrêmement variées dès lors que seul un réseau monophasé est disponible. Un article pédagogique en 2 parties, proposé par Weg.

Deux types de couplage permettent aux moteurs de fonctionner avec des tensions initiales différentes. Lors de l’installation d’un variateur de vitesse mono/tri, le bon couplage du moteur est une partie essentielle au bon fonctionnement du système complet.

Choisir un variateur de fréquence selon l’alimentation

Dans l’industrie, l’alimentation des installations électriques est très souvent triphasée là où le réseau domestique est généralement monophasé. Que l’alimentation soit monophasée ou triphasée, l’utilisation d’un variateur de vitesse est possible.

Depuis une alimentation domestique monophasée 220V : Lorsque la tension initiale d’une installation est monophasée en 220/230V et qu’elle doit contrôler la vitesse de rotation d’un moteur asynchrone triphasé, il convient d’utiliser un variateur de fréquence mono/tri. Un variateur de fréquence ne transformera pas une tension monophasée 220V en triphasée 380V. Cependant, la tension d’alimentation 220V monophasée en entrée sera délivrée en triphasée à la sortie du variateur de fréquence.

Vous trouverez ci-dessous l’exemple d’un moteur asynchrone triphasé 230/400V associé à un variateur de vitesse CFW300 de la gamme WEG. Pour fonctionner le moteur doit être impérativement en couplage triangle pour que la tension de 230V triphasé en sortie de variateur soit identique à la tension d’alimentation du moteur, soit 230V triphasé.

• Pour un moteur 230/400V, le couplage du moteur doit donc bien être configuré en triangle.
• Pour un moteur 400/690V, l’utilisation d’un variateur de vitesse mono/tri n’est pas possible, car aucun des couplages ne permettrait d’abaisser la tension à 230V.

Depuis une alimentation industrielle triphasée 400V : Un convertisseur de fréquence tri/tri peut être utilisé dans le cas d’une alimentation initiale triphasée 400V.  Dans cette configuration, la tension d’alimentation en entrée est de 400V en triphasé et sera identique en sortie de variateur. On retrouve donc la tension 400V triphasée en entrée et en sortie du variateur de fréquence.

Vous trouverez ci-dessous l’exemple d’un moteur asynchrone triphasé 230/400V associé à un variateur de vitesse CFW500 de la gamme WEG. Pour fonctionner, le moteur doit être impérativement en couplage étoile pour que la tension de 400V triphasé en sortie de variateur soit identique à la tension d’alimentation du moteur, soit 400V triphasé.

• Pour un moteur 230/400V, le couplage du moteur doit être en étoile pour obtenir 400V.
• Pour un moteur 400/690V, le couplage du moteur doit être en triangle pour obtenir 400V.

Les couplages d’un moteur électrique triphasé

Deux types de couplage sont possibles pour permettre à un moteur électrique de fonctionner en fonction de différentes tensions : en étoile ou en triangle grâce à des barrettes conductrices. Les barrettes sont horizontales pour un couplage en étoile au niveau des enroulements statoriques et verticales pour un couplage en triangle.

La tension nominale est définie par les enroulements au stator. Selon les tensions subies par le moteur, l’un ou l’autre couplage lui permettra de fonctionner de façon optimale et en toute sécurité.

La plus petite tension correspond à la tension maximale supportée par un seul enroulement :

• Pour un moteur 230/400V, la plus petite tension est de 230V.
• Pour un moteur 400/690V, la plus petite tension est de 400V.

Afin d’obtenir cette plus petite tension, le moteur doit être couplé en triangle. Les enroulements sont connectés entre phase et sont donc alimentés par une tension composée.

La plus grande tension correspond à la tension maximale supportée par deux enroulements :

• Pour un moteur 230/400V, la plus grande tension est de 400V.
• Pour un moteur 400/690V, la plus grande tension est de 690V.

Afin d’obtenir cette plus grande tension, le moteur doit être couplé en étoile. Pour ce couplage, un point neutre est créé artificiellement. Un enroulement est donc alimenté par une tension simple soit entre phase et neutre.

NB : les plaques signalétiques des moteurs notifient les différentes tensions et les diagrammes de connexion pour le couplage étoile ou le couplage en triangle.

Pourquoi utiliser un variateur de fréquence ?

Globalement, un convertisseur de fréquence est souvent utilisé dans le secteur industriel afin de varier la vitesse et contrôler ainsi le fonctionnement d’un moteur électrique en fonction de son application (ventilateur, pompe, machines-outils…).

Pour de nombreuses installations se pose le problème lié aux démarrages progressifs des moteurs.  Ce type d’équipements répond à cette problématique tout comme elle répond aux problématiques de transmission du couple.

Par ailleurs, à l’heure où la réduction des coûts énergétiques est une préoccupation mondiale, le fait de permettre la réduction de la vitesse d’un moteur est une raison de taille qui importe à tout industriel cherchant à agir pour l’environnement et à réduire le prix de sa facture d’énergie. Une réduction de 25 % de la consommation d’énergie est possible en baissant simplement de 10 % le fonctionnement d’une machine.

Également, la souplesse et la flexibilité d’un variateur de vitesse permettent une réduction des coûts de maintenance dès lors qu’une fois la solution trouvée aux problèmes liés aux démarreurs progressifs, les moteurs sont soumis à moins de contraintes mécaniques. Ils s’usent moins, subissent moins de panne et nécessitent donc moins de maintenance.

Quels sont les matériels associables au variateur de vitesse ?

En amont d’un variateur de fréquence, divers composants électriques peuvent être installés dans un tableau ou coffret de commande tel qu’un disjoncteur, un contacteur, un relais.

Différents modèles sont conçus pour être intégrés à des systèmes automatisés pour un contrôle plus efficient et une meilleure protection des équipements électriques. Un variateur de fréquence peut également être équipé d’un boîtier de commande avec une fonction marche/arrêt/ arrêt d’urgence.

Quelles applications pour les variateurs de fréquence mono/tri ?

Lorsqu’aucun réseau triphasé n’est disponible, le variateur de vitesse mono/tri trouve un large champ d’applications. Il permettra d’alimenter les applications industrielles simples (machines-outils, pompe, ventilateur, etc…) ainsi que des appareils ménagers (équipement de fitness, station de lavage, pompe de piscine, etc…).

WEG a conçu une gamme de produits variateurs de fréquence et accessoires couvrant les besoins industriels les plus divers avec un stock important disponible en livraison à court délai. À noter que selon l’application, ce type d’équipement peut disposer d’un indice de protection élevé (IP66) et être étanche à l’eau et à la poussière.

Tous les détails sur les variateurs de fréquence WEG en cliquant ici