Le variateur est une pièce centrale dans le fonctionnement des moteurs. Mais il en existe de toute forme, pour des fonctions différentes ! Weg, spécialiste des variateurs compacts et simples à installer, propose un point pédagogique et revient sur leur composition, leur fonctionnement et leur rôle.

Un variateur a pour fonction le contrôle de la fréquence d’un moteur électrique. Le fonctionnement d’un variateur diffère selon qu’il permette le contrôle de la vitesse d’un moteur synchrone ou d’un moteur asynchrone.

Un variateur, c’est quoi ?

Une large gamme de variateurs (VFD) existe afin de répondre aux exigences de plus en plus importantes du monde industriel dans lequel ils évoluent. Ce type de dispositif est composé de trois éléments principaux :

• Le Redresseur, souvent matérialisé par un pont de Diodes, se charge “de convertir” la tension d’entrée alternative en une tension continue.
• Le Bus Courant Continu, appelé Liaison CC ou filtre, joue quant à lui un rôle de régulateur du signal.
• Un Onduleur à IGBT, (NDLR : Les IGBT (transistors bipolairesà grille isolée) sont des composants semi-conducteurs principalement utilisés comme dispositifs de commutation. Ces produits permettent d’autoriser ou d’arrêter le flux de puissance.) comme son nom l’indique, va permettre de renvoyer une onde sinusoïdale en rendant la tension à nouveau Alternative à une tension et une fréquence voulue par l’utilisateur grâce à la Modulation de Largeur d’Impulsions (MLI). (NDLR : La MLI est une technique utilisée pour contrôler la quantité de puissance délivrée à un dispositif électronique. Il y parvient en variant le taux et la largeur des impulsions qui sont envoyées à l’appareil). Dans l’industrie, de plus en plus de moteurs électriques basse tension sont pilotés par un convertisseur de fréquence statique MLI.  Ces accessoires industriels à part entière, deviennent les interfaces entre les moteurs à induction et la source d’énergie.

On utilise alors une commande électronique pour contrôler ce variateur. Cela permet à l’opérateur de réguler facilement la vitesse du moteur par le VFD.

Restons Moteur dans le Mouvement…

Les moteurs à courant continu (CC) cèdent de plus en plus la place aux moteurs à courant alternatif (CA). Cela est rendu possible grâce à la montée en gamme et en performances des VFD. Pour permettre le fonctionnement d’un variateur, il convient d’en connaître la condition de synchronisme.

La vitesse mécanique du rotor d’un moteur électrique à courant alternatif et la fréquence des courants de son stator sont liées. C’est la modification des courants du stator qui permet le contrôle de la vitesse du rotor. La condition de synchronisme diffère selon qu’il s’agisse d’un moteur synchrone ou d’un moteur asynchrone.

Pour une machine synchrone, la condition est selon la formule suivante :

Ns = vitesse de synchronisme

• f = fréquence
• p = nombre de paires de pôles

Pour un moteur synchrone, un lien DIRECT entre la fréquence d’alimentation et le nombre de paires de pôles produit la vitesse de synchronisme.

Pour un moteur asynchrone, (c’est à dire dont le rotor tourne moins vite que la vitesse de synchronisme) le lien entre la vitesse de synchronisme Ns et la vitesse réelle N de l’arbre en rotation produit un pourcentage de glissement.

Le rôle du variateur…

Un variateur de vitesse (VFD) permet le contrôle de la vitesse d’un moteur triphasé. Cela est vrai dès le démarrage, avec le contrôle de l’accélération, jusqu’à l’arrêt ou la décélération des moteurs électriques. C’est la variation de la fréquence et de la tension d’alimentation qui permet la régulation de la vitesse. Un variateur peut aussi être utilisé pour inverser le sens de la rotation d’un moteur électrique.

… Et ses nombreux avantages

Au-delà de fonctionner comme un régulateur, un variateur offre de nombreux autres avantages. Il joue un rôle important dans la protection de l’installation contre les surtensions ou les sous-tensions. L’utilisation d’un variateur permet également d’allonger la durée de vie des moteurs en limitant les contraintes thermiques et mécaniques. La maintenance des équipements est ainsi réduite.

Un VFD joue également un rôle important s’agissant de la réduction de la consommation d’énergie des moteurs asynchrones (ou à induction). En effet, l’utilisation d’un variateur permet d’une part la réduction du courant d’appel au démarrage, mais également l’optimisation des coûts d’utilisation des machines en adaptant au mieux le couple et la vitesse de fonctionnement du moteur au besoin réel.