Fréquence porteuse d'un variateur de fréquence (VFD) : équilibrer le bruit du moteur, l'échauffement du variateur et les interférences électromagnétiques

Fréquence porteuse , également appelée fréquence de commutation, est la fréquence à laquelle un variateur de fréquence commute ses transistors de sortie pour générer la tension modulée en largeur d'impulsion qui alimente le moteur.

Elle est généralement réglée entre 2 et 16 kHz, et la valeur que vous choisissez constitue un compromis discret entre le bruit du moteur d’une part, et l’échauffement de l’entraînement, les contraintes sur le câble et les interférences électriques d’autre part.

Ce qu'est réellement la fréquence porteuse

Un variateur ne fournit pas au moteur une sinusoïde lisse. Ses IGBT commutent le bus à courant continu des milliers de fois par seconde, et la largeur de ces impulsions moyenne la sinusoïde dont le moteur a besoin. La fréquence porteuse correspond à la fréquence de ces commutations.

Une fréquence porteuse plus élevée produit une forme d'onde de courant plus lisse; une fréquence plus basse donne une forme d'onde plus grossière.

Ce que vous gagnez en l'augmentant

• Moteur plus silencieux. En dessous d'environ 8 kHz, la commutation se situe dans le spectre audible, de sorte que le moteur émet un sifflement ou un bourdonnement à la fréquence porteuse. Pousser la porteuse au‑dessus de la plage auditive rend le moteur plus discret.
• Courant plus lisse, moins de chauffe du moteur. Une forme d'onde plus propre signifie moins d'harmoniques circulant dans les enroulements, donc le moteur chauffe légèrement moins.

Ce que cela vous coûte

• Échauffement de l'entraînement. Chaque commutation dissipe de l'énergie dans les transistors. Doubler la fréquence porteuse double à peu près les pertes de commutation, ce qui explique pourquoi les variateurs réduisent leur courant de sortie admissible à des réglages de porteuse élevés.
• Stress sur l'isolation et les câbles. Des fronts de tension plus rapides et plus raides se réfléchissent le long de longs câbles moteur et peuvent presque doubler la tension crête aux bornes du moteur, sollicitant l'isolation des enroulements. Voir les tests de résistance d'isolement pour savoir comment ce dommage est détecté.
• Courants dans les roulements. La commutation haute fréquence se couple capacitivement à l'arbre et peut se décharger via les roulements, provoquant avec le temps des piqûres sur les pistes.
• Plus d'EMI. Des fronts plus rapides rayonnent davantage, donc le blindage et le filtrage prennent plus d'importance. Cela s'inscrit dans la problématique plus large de la qualité de l'énergie en industrie.

Comment choisir un réglage

Partir du réglage par défaut du variateur, souvent autour de 4 kHz, et ne le modifier que pour une raison. Augmentez la porteuse lorsque le bruit audible du moteur pose un problème dans un local occupé.

Abaissez‑la lorsque le variateur réduit sa capacité dans un coffret chaud, lorsque les câbles moteurs sont longs, ou lorsque la durée de vie de l'isolation et des roulements prime sur le bruit. Pour de longues liaisons, ajoutez un filtre dV/dt ou un filtre à sortie sinusoïdale plutôt que d'augmenter simplement la fréquence porteuse.

Maintenir les variateurs en bon état dans le temps

La fréquence porteuse fait partie des réglages du variateur qui influent discrètement sur la fiabilité. Lorsqu'un variateur qui a fonctionné pendant des années commence à déclencher, les codes défaut racontent l'histoire: voir les codes défaut des variateurs ABB .

Une plateforme de surveillance qui suit la température du variateur, les déclenchements et le courant moteur transforme ces premiers signes en une intervention planifiée. Fabrico lit ce signal sur la ligne et génère automatiquement un ordre de travail avant qu'un déclenchement gênant ne devienne une panne du variateur. Réservez une démo Fabrico pour le voir.

Questions fréquemment posées

Quelle est une fréquence porteuse typique pour un variateur ?

La plupart des variateurs à usage général sont réglés par défaut autour de 4 kHz. Des valeurs de 2 à 16 kHz sont courantes, les réglages plus élevés étant utilisés lorsque le bruit audible du moteur doit être minimisé.

Une fréquence porteuse plus élevée permet‑elle d'économiser de l'énergie ?

Pas généralement. Elle réduit légèrement les pertes harmoniques dans le moteur mais augmente les pertes de commutation dans le variateur, si bien que l'effet net sur l'efficacité totale est faible et souvent négatif à des réglages élevés.

Pourquoi mon variateur réduit‑t‑il sa capacité à haute fréquence porteuse ?

Une commutation plus fréquente engendre plus de chaleur dans les transistors, de sorte que le variateur doit réduire son courant de sortie continu pour rester dans sa limite thermique.

La fréquence porteuse peut‑elle endommager les roulements du moteur ?

La commutation haute fréquence peut faire circuler de faibles courants à travers l'arbre qui se déchargent via les roulements et piquent les pistes. Les bagues de mise à la terre d'arbre et les roulements isolés sont les protections habituelles.