Le cœur du contrôle de la vitesse d'un moteur à courant alternatif réside dans l'ajustement des paramètres d'entrée clés, tels que la tension, la fréquence, le courant ou le champ magnétique, en fonction du type de moteur (asynchrone ou synchrone) et des scénarios d'application (par exemple, précision de la régulation de vitesse, coût, consommation d'énergie). Vous trouverez ci-dessous une analyse détaillée des principales méthodes de contrôle, classées par maturité technique et par domaine d'application :

I. Régulation de vitesse basée sur la « coordination tension-fréquence » (principale pour les moteurs asynchrones)

1. Régulation de vitesse à fréquence variable (VVVF, tension variable à fréquence variable)

• Principe: Convertissez l'alimentation CA à fréquence industrielle (par exemple, 220 V/50 Hz, 380 V/50 Hz) en alimentation CA avec « tension et fréquence réglables » via un « convertisseur de fréquence » pour répondre aux exigences du moteur pour différentes vitesses (une augmentation de la fréquence entraîne une augmentation de la vitesse, et vice versa).
• Logique cléLorsque l'impédance du stator du moteur est fixe, le rapport U/f doit rester constant. Dans le cas contraire, le flux magnétique risque d'être saturé ou insuffisant, ce qui peut entraîner un grillage du moteur ou une réduction du couple. Par conséquent, le convertisseur de fréquence doit coordonner la tension et la fréquence en temps réel.
• Classification:
  • Contrôle scalaire: Il contrôle uniquement l'amplitude de la tension et de la fréquence. Sa structure simple et son faible coût le rendent adapté aux applications nécessitant peu de précision de régulation de vitesse, comme les ventilateurs et les pompes à eau (par exemple, les unités extérieures des climatiseurs domestiques).
  • Contrôle des vecteurs: Décompose le courant du moteur en « courant d'excitation » et « courant de couple » et les contrôle respectivement avec précision pour obtenir une réponse dynamique élevée similaire à celle des moteurs à courant continu (par exemple, machines-outils CNC, machines de traction d'ascenseur).
  • Contrôle direct du couple (DTC): Ignore la décomposition du courant et contrôle directement le couple moteur et la liaison du flux. Sa vitesse de réponse est plus rapide et il est adapté aux scénarios hautement dynamiques tels que les laminoirs et les systèmes servo.
• Avantages: Large plage de régulation de vitesse (de 0 à la vitesse nominale, voire supérieure à la vitesse nominale), rendement élevé (proche du rendement nominal) et couple stable.
• Inconvénients:Coût élevé du convertisseur de fréquence ; des interférences harmoniques peuvent se produire à des fréquences élevées (un filtre doit être ajouté).

2. Régulation de vitesse du démarreur progressif (régulation de vitesse auxiliaire, régulation de vitesse discontinue)

• PrincipeAugmentez progressivement la tension statorique du moteur via un thyristor (SCR) pour obtenir un démarrage en douceur et éviter les courants importants. Certains démarreurs progressifs prennent en charge la régulation de vitesse par tension (réduction du taux de glissement en abaissant la tension pour réduire indirectement la vitesse).
• ApplicationApplicable uniquement à la phase de démarrage ou à la réduction de vitesse à court terme et de faible précision (par exemple, régulation de vitesse à faible charge des bandes transporteuses). Il ne permet pas une régulation continue de la vitesse sur une large plage (une tension trop basse entraînerait une surchauffe du moteur).
• Avantages:Coût inférieur à celui des convertisseurs de fréquence ; fonctions de protection complètes (surintensité, surcharge).
• Inconvénients: Plage de régulation de vitesse étroite (ne peut généralement être réduite qu'à 70 % de la vitesse nominale) ; faible facteur de puissance à basse vitesse.

II. Régulation de vitesse basée sur le « réglage par paire de pôles » (régulation de vitesse à pôles variables)

• Principe:Selon la formule de vitesse du moteur asynchrone n = 60f(1-s)/pLa vitesse synchrone du moteur est directement modifiée en modifiant le nombre de paires de pôles p de l'enroulement statorique (par exemple, 2 pôles → 4 pôles). À 50 Hz, la vitesse synchrone d'un moteur à 2 pôles est de 3 000 tr/min et celle d'un moteur à 4 pôles de 1 500 tr/min.
• Méthode de mise en œuvre:Modifiez le sens du courant de l'enroulement via un « commutateur de commutation » (par exemple, commutation étoile-triangle, commutation double étoile) de l'enroulement du moteur, modifiant ainsi le nombre de paires de pôles.
• Application: Applicable uniquement aux scénarios de « régulation de vitesse par paliers » (par exemple, presses à poinçonner, compresseurs, ventilateurs). Le moteur doit être conçu pour supporter plusieurs paires de pôles (par exemple, moteurs à deux vitesses 2/4 pôles, 4/6 pôles).
• Avantages:Structure simple, faible coût, fonctionnement fiable et aucune perte d'efficacité lors de la régulation de la vitesse.
• Inconvénients:Seule une régulation de vitesse à « vitesse fixe » peut être obtenue (par exemple, 2 vitesses, 3 vitesses) ; une régulation de vitesse continue et fluide n'est pas possible.

III. Régulation de la vitesse basée sur le « réglage du taux de glissement » (scénarios de faible précision et de faible puissance)

1. Régulation de la tension du stator Régulation de la vitesse

• Principe: Réduire la tension statorique U via un régulateur de tension (par exemple, un autotransformateur ou un circuit de régulation de tension à thyristor), ce qui réduit le couple moteur T (T étant proportionnel à U²). Lorsque le couple de charge reste inchangé, le rapport de glissement s augmente et la vitesse réelle diminue.
• Avantages:Circuit simple et coût extrêmement faible.
• Inconvénients: Plage de régulation de vitesse étroite (seulement 10 à 30 % de réduction de vitesse peuvent être obtenus) ; échauffement important du moteur à basse vitesse (perte de puissance de glissement importante) et couple insuffisant.

2. Régulation de la vitesse de la résistance série du rotor (applicable uniquement aux moteurs asynchrones à rotor bobiné)

• Principe: L'enroulement du rotor d'un moteur asynchrone à rotor bobiné peut être connecté à une résistance externe. En augmentant la résistance du circuit rotorique R2, le rapport de glissement s augmente (s est proportionnel à R2), réduisant ainsi la vitesse réelle (la vitesse synchrone reste inchangée, et une augmentation du glissement entraîne une diminution de la vitesse réelle).
• ApplicationConvient aux scénarios de « régulation de vitesse à court terme » ou de « régulation de vitesse de démarrage » (par exemple, grues, treuils). Il doit être associé à un « rhéostat de rotor » pour ajuster la valeur de résistance manuellement ou automatiquement.
• Avantages:Structure simple, faible coût et couple stable pendant la régulation de la vitesse (couple de démarrage important).
• Inconvénients:Perte importante de résistance du rotor à basse vitesse (l'énergie électrique est convertie en énergie thermique), faible rendement et faible précision de régulation de la vitesse (engrenages à résistance limitée).