Comment faire varier la vitesse d’un moteur électrique ?

Dernière mise à jour de l’article le 28 juillet 2022

La mise en œuvre de certains procédés industriels et domestiques nécessite de faire varier la vitesse de rotation d’un moteur électrique. Par le passé, pour faire varier la vitesse d’un moteur électrique, il fallait adopter des approches essentiellement mécaniques. Aujourd’hui, les choses ont évolué, notamment avec l’arrivée des variateurs de fréquence. Que faut-il savoir sur cette technologie ? Quelle est sa contribution dans le processus de variation de vitesse d’un moteur électronique ?

Qu’est-ce qu’un variateur de fréquence ?

Encore appelé variateur de vitesse, le variateur de fréquence (VFD) est une technologie qui permet de contrôler un moteur électrique, en faisant varier la tension et la fréquence de son alimentation. Si le variateur exerce son contrôle sur la fréquence et la tension, en pratique, son action permet de moduler la vitesse du moteur. D’où sa seconde appellation de variateur de vitesse.

En contrôlant la vitesse du moteur électrique, le VFD permet une gestion optimale de l’énergie. Il optimise le contrôle des process tout comme le fonctionnement des appareils reposant sur le moteur électrique. Le variateur de vitesse élimine les contraintes mécaniques associées aux applications de contrôle des moteurs. Cependant, ses fonctions vont outre ce périmètre.

Accessoirement, ils peuvent intervenir dans l’association des sources d’énergie traditionnelles et le stockage d’énergie, surtout s’agissant des technologies hybrides. Le variateur de vitesse intervient aussi dans la conversion des énergies émanant de sources renouvelables et naturelles, pour une utilisation locale ou un transfert vers le réseau électrique. Si vous souhaitez avoir plus d’infos sur les variateurs de fréquence, référez-vous aux professionnels de la vente et du conseil sur les VFD.

Comment faire varier la vitesse d’un moteur électrique à l’aide d’un variateur de fréquence ?

L’époque où il fallait utiliser des dispositifs mécaniques pour modifier la vitesse des moteurs électriques est révolue. Aujourd’hui, c’est la technologie des variateurs de fréquence qui est plébiscitée. Sûr et efficace, elle assure un contrôle de vitesse précis, sans perte de puissance. En pratique, trois principales méthodes permettent de faire varier la vitesse d’un moteur électrique :

• intervenir sur la construction du moteur en modulant le nombre de paires de pôles,
• faire varier la vitesse de rotation en gérant par exemple les flux par contrôle vectoriel,
• opérer sur le glissement du moteur à l’aide de rhéostat rotorique. Cette méthode s’applique aux moteurs à bagues.

Toutes autant qu’elles sont, ces trois techniques de modulation de la vitesse de rotation d’un moteur électrique sont complexes. Leur mise en œuvre fait appel à des notions, mais aussi à une logistique dont le coût très onéreux refroidit les ardeurs des industriels. Il n’en demeure pas moins que le choix d’un variateur de fréquence doit être fonction de sa destination et de l’objectif visé en l’adoptant.

Ainsi, peu importe la technique utilisée, le variateur de fréquence agit sur la fréquence de la tension d’alimentation, laquelle conditionne la vitesse de rotation et le couple moteur. Concrètement, le VFD va fournir un courant d’amplitude et de fréquence variable. Pendant ce temps, la tension elle, reste constante, permettant ainsi de contrôler la vitesse du moteur.

À l’échelle industrielle et domestique, la variation de vitesse du moteur vise plusieurs objectifs :

• modifier le régime des appareils pour les adapter à un autre système,
• mettre en marche le moteur de façon progressive,
• réduire la consommation énergétique,
• prolonger la durée de vie des équipements,
• maitriser les processus et par conséquent optimiser la production.

Ce processus peut aussi servir à réadapter le moteur.

Les différents types de systèmes de variateurs de fréquence

Vous trouverez sur le marché plusieurs modèles de variateurs de fréquence pour tout type de moteur. Ils sont fonction de la technique utilisée pour modifier l’apport énergétique du moteur. Considérant le critère de la technique d’apport énergétique, vous en trouverez trois types. Il y a les variateurs de source de courant, qui modifient le courant continu d’entrée constant, en un courant de sortie variable.

On trouve ensuite les variateurs à modulation de largeur d’impulsion. Ils modifient la fréquence de sortie du courant en agissant sur la largeur de la forme d’onde de la tension de sortie. Il y a aussi les variateurs de source de tension, qui changent la tension continue constante en tension alternative variable.

S’agissant des moteurs sur lesquels vont opérer ces VFD, il faut compter les moteurs monophasés et les moteurs triphasés. Les premiers sont indiqués pour les utilisations qui ne requièrent que des niveaux de puissance très faibles. Quant aux moteurs triphasés, ils se prêtent aux usages nécessitant des régimes plus faibles et des rendements énergétiques plus importants.

Dans la majorité des cas, les variateurs de vitesse sont utilisés avec les moteurs triphasés. Néanmoins, certains sont spécifiquement conçus pour opérer sur les moteurs monophasés. Cette hétérogénéité s’explique par la différence de prix des moteurs et la diversité des configurations des enroulements des deux déclinaisons de moteurs. Vous l’aurez compris, les variateurs de vitesse sont présents dans de nombreuses solutions innovantes comme les portails motorisés ou les volets électriques.

Comment choisir le variateur adapté à vos besoins ?

La sélection d’un variateur de vitesse repose sur plusieurs critères. En premier lieu, il faut tabler sur le facteur alimentation. En usage domestique, les alimentations monophasées de 220 V sont les plus répandues. En revanche, en industrie, les alimentations triphasées de 380 V sont les plus présentes. Toutefois, il est possible de trouver des alimentations triphasées de 220V sur des sites industriels en France. Le second critère à considérer est celui de la puissance.

Idéalement, la puissance du VFD doit être supérieure à celle du moteur qu’il est supposé réguler. Vous devez baser votre choix sur la nécessité ou non que le variateur de vitesse communique avec d’autres équipements. À l’ère de l’industrie 4.0, il est opportun de miser sur une technologie communicante. Ce faisant, non seulement vous gagnez en performance, mais vous évitez les surcoûts qui pourraient survenir après l’adoption d’un modèle standard.

Par ailleurs, le choix d’un variateur de vitesse doit être inspiré d’autres métriques comme le prix d’achat, les frais de maintenance de la technologie, la capacité de charge, l’indice de protection et la disponibilité d’une fonction de freinage intégré sur le moteur.

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