Fonctionnement d'un variateur de fréquence (VFD) : AC vers DC vers AC variable

Conversion puissance en trois étages

Un VFD (Variateur Fréquence / Variateur Vitesse) contrôle vitesse moteur AC en synthétisant une sortie AC tension/fréquence variables depuis le réseau fréquence fixe.

Étage 1 : Redresseur (AC → DC)

• Pont diodes (6 pulses triphasé) ou entrée active (AFE/IGBT) pour régénération/correction FP.
• Sortie : DC pulsé (~650 V DC pour entrée 480 V AC).

Étage 2 : Bus DC (Filtrage et stockage)

• Gros condensateurs électrolytiques lissent ripple → liaison DC stable.
• Tension bus ≈ √2 × V_AC,entrée (ex. 1,35 × V_LL pour 6 pulses).
• Circuit précharge limite appel mise sous tension.

Étage 3 : Onduleur (DC → AC variable)

• 6 IGBTs (ou SiC/GaN) en pont triphasé.
• PWM (Modulation Largeur Impulsion) : Commutation haute fréquence (2–16 kHz) crée courant quasi-sinusoïdal.
• Commande V/f : Tension proportionnelle fréquence (V/f constant = flux constant) pour commande scalaire.
• Vectoriel / FOC : Commande orientée champ — découple couple/flux pour haute performance dynamique.

Boucle de contrôle

Consigne vitesse → régulateur PI vitesse → référence courant couple → boucles courant (d/q) → signaux grille PWM.

Avantages clés

• Économies énergie : Lois affinités — puissance pompe/ventilateur ∝ vitesse³. Réduction 20% vitesse → ~50% puissance.
• Démarrage doux : Pas appel, pas choc mécanique.
• Précision : ±0,1% régulation vitesse (vectoriel).
• Protection : Surintensité, surcharge, défaut terre, surtempérature, prévention blocage.

Applications

Pompes, ventilateurs, compresseurs, convoyeurs, extrudeuses, grues, ascenseurs, machines-outils — toute charge couple variable ou constant.