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Sciences de l'ingénieur · 2ème Année Bac — Sciences et Technologies Électriques

Distribuer – variateurs de vitesse industriels

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Le variateur de vitesse est un convertisseur statique (redresseur + onduleur) permettant de régler la vitesse d'un moteur asynchrone triphasé en agissant sur la fréquence $f$ et la tension $U$.

  • Structure :
    1. Redresseur (Pont de diodes) : transforme le courant alternatif (AC) en courant continu (DC).
    2. Bus continu : condensateurs de filtrage pour lisser la tension $U_{dc}$.
    3. Onduleur (IGBT) : transforme le courant continu en courant alternatif de fréquence variable $f$ et tension variable $U$.
  • Loi de commande : Pour maintenir le flux constant, on utilise la loi $U/f = \text{cste}$ (pour $f < f_n$).
  • Relation fondamentale : $n_s = \frac{60 \cdot f}{p}$ où $n_s$ est la vitesse de synchronisme (tr/min), $f$ la fréquence (Hz) et $p$ le nombre de paires de pôles.

Méthodes à maîtriser

  • Calculer la vitesse de rotation $n$ à partir de la fréquence $f$ : $n = n_s(1-g) = \frac{60 \cdot f}{p}(1-g)$.
  • Identifier les paramètres de réglage : rampe d'accélération, rampe de décélération, fréquence minimale et maximale.
  • Interpréter le schéma fonctionnel d'une chaîne de puissance avec variateur.

Exemples corrigés

Exemple : Un moteur asynchrone $p=2$ est alimenté par un variateur à $f=30$ Hz. Calculer $n_s$. Solution : $n_s = \frac{60 \times 30}{2} = 900$ tr/min.

Erreurs fréquentes

  • Confondre la fréquence du réseau (50 Hz) avec la fréquence de sortie du variateur.
  • Oublier que le glissement $g$ dépend de la charge et n'est pas toujours constant.
  • Penser que le variateur augmente le couple nominal au-delà de la fréquence nominale (impossible, le couple diminue).
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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Distribuer – variateurs de vitesse industriels

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Quel est le rôle du redresseur dans un variateur ?

❓ Questions fréquentes

C'est quoi le rôle des IGBT dans le variateur ?

Les IGBT sont des interrupteurs électroniques rapides. Ils découpent la tension du bus continu pour créer un signal alternatif de fréquence réglable (MLI - Modulation de Largeur d'Impulsion).

💡 À retenir : IGBT = découpage haute fréquence.

C'est quoi la différence entre un démarreur progressif et un variateur ?
  1. Le démarreur progressif agit uniquement sur la tension pour limiter le courant au démarrage. Il ne permet pas de régler la vitesse en régime permanent.
  2. Le variateur agit sur la fréquence et la tension, permettant de faire varier la vitesse du moteur en continu.

💡 À retenir : Démarreur = démarrage en douceur ; Variateur = contrôle de vitesse.

Kifach n7seb l'frequence li khassni n'regliha bach n'khrej vitesse li bghit?
  1. Utilise la formule $n_s = \frac{60 \cdot f}{p}$.
  2. Si tu connais la vitesse cible $n$ et le glissement $g$, utilise $n = \frac{60 \cdot f}{p} \cdot (1-g)$.
  3. Isole $f$ : $f = \frac{n \cdot p}{60 \cdot (1-g)}$.

💡 À retenir : La fréquence est proportionnelle à la vitesse.

Est-ce que le variateur peut changer le nombre de pôles du moteur ?

Non, le nombre de paires de pôles $p$ est une caractéristique physique du moteur (construction des enroulements). Le variateur ne modifie que la fréquence $f$ du courant envoyé au moteur.

💡 À retenir : $p$ est fixe, seul $f$ varie.

Chno hiya l'fayda dial bus continu f'variateur?

Le bus continu sert de réservoir d'énergie grâce aux condensateurs. Il permet de lisser la tension redressée pour fournir une tension stable à l'onduleur, qui pourra ensuite découper cette tension pour créer la fréquence souhaitée.

💡 À retenir : Le bus continu assure la stabilité de la tension intermédiaire.

Pourquoi on dit que le couple diminue si on dépasse la fréquence nominale ?

Au-delà de $f_n$, le variateur ne peut plus augmenter la tension (limite de l'alimentation). Comme $U/f$ diminue, le flux magnétique chute, ce qui entraîne une baisse du couple moteur (zone de défluxage).

💡 À retenir : $f > f_n \implies$ baisse du couple.

Kifach n'3ref wach l'moteur ghadi y'sokhoun bzaf?

Si tu travailles à très basse fréquence, le ventilateur du moteur (solidaire de l'arbre) tourne lentement et refroidit mal. Il faut alors prévoir une ventilation forcée indépendante.

💡 À retenir : Basse vitesse = risque de surchauffe.

Le variateur peut-il inverser le sens de rotation ?

Oui, en inversant l'ordre des phases envoyées au moteur par l'onduleur (en changeant la séquence des commutations des IGBT).

💡 À retenir : Inversion de phase = inversion de sens.

Est-ce que le variateur consomme beaucoup d'énergie ?

Le variateur est un convertisseur statique avec un très bon rendement (souvent > 95%). Il permet même des économies d'énergie sur les pompes et ventilateurs en adaptant la vitesse au besoin réel.

💡 À retenir : Le variateur optimise la consommation.

Si le moteur est bloqué, le variateur s'arrête ?

Oui, le variateur possède des fonctions de protection (surintensité, surcharge). S'il détecte un courant trop élevé dû à un blocage, il se met en sécurité pour protéger le moteur.

💡 À retenir : Protection thermique et ampèremétrique intégrée.

Est-ce que je dois changer le couplage du moteur si je change la fréquence ?

Non, le couplage (étoile ou triangle) dépend de la tension du réseau et de la plaque signalétique du moteur. Le variateur s'adapte à ce couplage.

💡 À retenir : Le couplage reste celui de la plaque.

Pourquoi on utilise une rampe d'accélération ?

Pour éviter un appel de courant trop important au démarrage qui pourrait faire disjoncter l'installation ou endommager la mécanique par un choc brutal.

💡 À retenir : Rampe = démarrage progressif.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Un moteur asynchrone triphasé, $p=2$, est alimenté par un variateur. La fréquence nominale est 50 Hz. Calculer la vitesse de synchronisme $n_s$ à 50 Hz et à 25 Hz.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Un moteur asynchrone a une vitesse nominale de 1440 tr/min à 50 Hz. Calculer son glissement $g$.

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Exercice 3

Un variateur alimente un moteur à 40 Hz. Le glissement est de 5%. Calculer la vitesse réelle $n$.

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