Caractéristiques de la variation de vitesse

Dans les systèmes industriels, la variation de vitesse est essentielle pour adapter le fonctionnement des moteurs électriques aux besoins d'un processus donné. Cette régulation peut être obtenue par différents moyens, qu'ils soient mécaniques, hydrauliques ou électroniques. Le choix du variateur dépend des caractéristiques de la machine et des performances attendues.

L'objectif de la variation de vitesse est de :

  • Optimiser la consommation énergétique.
  • Améliorer le contrôle des processus industriels.
  • Augmenter la durée de vie des équipements.

Il existe plusieurs méthodes pour modifier la vitesse d'un moteur électrique, en fonction du type de moteur utilisé.

Variation de vitesse des moteurs à courant continu (MCC)

Pour faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu, on peut agir sur :

  • La tension d'alimentation de l'induit (U) : une augmentation de $\mathrm{U}$ entraîne une augmentation de la vitesse, avec un couple constant.
  • Le flux magnétique de l'inducteur ($\phi$) : en le réduisant, on augmente la vitesse, mais le couple diminue.

Les variateurs utilisés sont les :

  • Hacheurs (convertisseurs continu-continu) pour l'alimentation en tension variable.
  • Redresseurs commandés pour convertir le courant alternatif en courant continu réglable.

Variation de vitesse des moteurs alternatifs (asynchrones)

Pour rappel, la vitesse d'un moteur asynchrone est définie par l'équation : $\mathrm{N} = \mathrm{f} / \mathrm{p}$.

Pour faire varier la vitesse d'un moteur à courant alternatif, on peut agir sur :

  • Le nombre de pôles (p) : moteurs à deux vitesses (très rare, comme le moteur Dahlander).
  • La tension du stator (Us) : utilisé pour les faibles variations de vitesse.
  • La résistance rotorique : efficace pour les moteurs à bagues.
  • La fréquence (f) : la plus efficace, réalisée par un variateur de fréquence (onduleur).

Critères de choix d'un variateur

Le choix d'un variateur dépend de plusieurs paramètres :

  • Gamme de vitesse : rapport entre la vitesse maximale et minimale requise.
  • Précision de vitesse : exprimée en pourcentage de la vitesse nominale.
  • Type de charge : charge à couple constant (convoyeurs) ou charge à puissance constante (machines-outils).
  • Nombre de quadrants de fonctionnement : il détermine si le variateur doit gérer la réversibilité de l'énergie.
  • Considérations énergétiques : certains variateurs permettent de récupérer l'énergie de freinage (fonctionnement en 4 quadrants).