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Variateur de fréquence moyenne tension (MV VFD)

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Variateur de fréquence MV

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Un variateur de courant alternatif moyenne tension (variateur CA MT), également appelé variateur de fréquence moyenne tension (VFD MT) ou variateur de vitesse moyenne tension, est un dispositif électronique de puissance utilisé pour contrôler la vitesse, le couple et la consommation électrique des moteurs à courant alternatif moyenne tension en faisant varier la tension et la fréquence de sortie. Il est largement utilisé pour les gros moteurs dans les applications industrielles et les réseaux électriques.

1. Caractéristiques nominales types
·Classe de tension : 2,3 kV, 3,3 kV, 4,16 kV, 6,6 kV, 10 kV, 11 kV, 13,8 kV
·Plage de puissance : de quelques centaines de kW à des dizaines/centaines de MW
·Fréquence de sortie : 0–50/60 Hz (généralement supérieure pour des applications spéciales)
·Types de moteurs : moteur à induction, moteur synchrone, moteur à aimants permanents
·Refroidissement : par air ou par liquide

Les variateurs MT modernes sont disponibles dans des puissances allant de plusieurs centaines de kW à plus de 100 MW, selon l’application.

2. Composants principaux

1) Transformateur d’entrée
·Abaisse la tension d’alimentation MT entrante.
·Assure l’isolation électrique.
·Utilise souvent plusieurs enroulements secondaires pour un fonctionnement à faibles harmoniques.

2) Section redresseur/convertisseur
· Convertit le courant alternatif entrant en courant continu.
· Peut utiliser la technologie à diodes, à thyristors ou à frontal actif (AFE).

3) Circuit intermédiaire en courant continu
· Stocke et lisse l’énergie en courant continu.
· Contient des condensateurs et des composants de filtrage.

4) Section onduleur
·Reconvertit le courant continu en courant alternatif à fréquence variable.
Utilise des dispositifs semi-conducteurs de puissance tels que :
·IGBT
·IGCT
·Dispositifs SiC (conceptions plus récentes)

5) Système de commande
Contrôle :
·La vitesse du moteur
·Le couple
·L'accélération/la décélération
·Les fonctions de protection
·La communication avec les systèmes PLC/DCS

3. Topologies courantes des variateurs MT

A.) Pont en H en cascade (CHB)
·Topologie la plus courante pour les variateurs MT.
·Utilise plusieurs cellules de puissance basse tension connectées en série.
Avantages :
·Faible distorsion harmonique
·Bonne qualité de la forme d’onde du moteur
·Haute fiabilité

B.) NPC à trois niveaux (Neutral Point Clamped)
·Utilise la technologie d’onduleur à plusieurs niveaux.
·Convient aux applications à forte puissance.

C.) Convertisseur à condensateurs volants
·Utilise plusieurs niveaux de tension de condensateurs.
·Offre une bonne qualité de forme d'onde mais un contrôle plus complexe.

4. Avantages des variateurs CA MT

Économies d'énergie
Particulièrement efficaces pour :
·Les pompes
·Les ventilateurs
·Les compresseurs
·Le contrôle de vitesse variable évite les pertes d'énergie dues aux vannes d'étranglement ou aux registres.

Démarrage progressif
·Réduit le courant de démarrage du moteur.
·Minimise les contraintes mécaniques.
·Réduit l'impact sur le réseau électrique.

Contrôle des processus
Permet un contrôle précis :
·Du débit
·De la pression
·De la vitesse
·Du taux de production

Entretien réduit
·Usure mécanique moindre.
·Diminution des contraintes thermiques sur les moteurs.

5. Applications typiques
·Production d’électricité : pompes d’alimentation de chaudières, ventilateurs d’aspiration (ID), ventilateurs de soufflage (FD)
·Pétrole et gaz : compresseurs, pompes, systèmes ESP
·Exploitation minière : concasseurs, convoyeurs, broyeurs
·Ciment : Entraînements de fours, ventilateurs, broyeurs
·Traitement de l'eau : Grandes pompes, soufflantes
·Marine : Systèmes de propulsion
·Métallurgie : Laminoirs, lignes de production

6. Fonctions de protection

Les variateurs CA MT typiques comprennent :
·Protection contre les surintensités
·Protection contre les surtensions
· Protection contre les sous-tensions
· Protection contre les défauts à la terre
· Protection contre les surcharges du moteur
· Protection thermique des semi-conducteurs
· Protection contre la perte de phase en entrée/sortie
· Contournement de cellule (pour les modèles CHB)

7. Principaux fabricants

Exemples :
ABB — ACS580MV et autres plateformes de variateurs MT
Siemens — Systèmes de variateurs moyenne tension SINAMICS
GE Vernova — Variateurs moyenne tension MV6
Schneider Electric — Solutions de commande de moteurs moyenne tension

Dans un réseau électrique, un variateur CA moyenne tension est essentiellement un régulateur de vitesse électronique de forte puissance qui permet aux gros moteurs moyenne tension de fonctionner de manière efficace, en douceur et avec un contrôle précis du processus.