Principe de fonctionnement du variateur de fréquence d’un compresseur d’air

Concepts fondamentaux des variateurs de fréquence pour compresseurs d’air

Le variateur de fréquence pour compresseur d’air est un dispositif électronique de puissance spécialement conçu pour piloter le moteur du compresseur d’air. Il permet d’ajuster en douceur la vitesse de rotation d’un moteur asynchrone en modifiant la fréquence et la tension de l’alimentation électrique du moteur. Dans les systèmes de compresseurs d’air, l’objectif principal du variateur est d’adapter dynamiquement la puissance délivrée par le moteur en fonction des besoins réels en air comprimé, évitant ainsi le gaspillage d’énergie lié aux fréquentes mises en marche et arrêts des compresseurs traditionnels fonctionnant à la fréquence industrielle.

Principe de fonctionnement de base

Le principe de fonctionnement des variateurs de fréquence repose principalement sur la technologie de l’électronique de puissance et sur la commande par micro‑ordinateur; le processus central de conversion d’énergie peut être divisé en plusieurs étapes:

• Phase de redressement:L’électricité alternative d’entrée, généralement à la fréquence industrielle de 50 Hz ou 60 Hz, est convertie en courant continu par un pont redresseur.
• Phase de filtrage:L’utilisation d’un condensateur ou d’une réactance permet de réaliser un filtrage lissant du courant continu redressé, afin de réduire les ondulations de tension et d’assurer une tension de bus continu stable.
• Phase d’inversion:Grâce à la commande par microprocesseur des transistors bipolaires à grille isolée et d’autres composants de puissance, le courant continu est redressé puis inversé en un courant alternatif dont la fréquence et la tension sont réglables, avant d’être fourni au moteur du compresseur d’air.

Contrôle en boucle fermée dans le système de compresseur d’air

En service, le variateur de fréquence d’un compresseur d’air est généralement associé à un capteur de pression et à un régulateur PID, formant ainsi un système de contrôle en boucle fermée:

• Détection de la pression:Les capteurs de pression installés dans les réservoirs de stockage ou sur le réseau de canalisations mesurent en temps réel la pression actuelle du système et renvoient ce signal au variateur de fréquence ou à un contrôleur externe.
• Régulation PID:Le régulateur compare la pression réelle mesurée à la pression de consigne et calcule, selon l’algorithme PID, la vitesse de rotation requise du moteur.
• Sortie de fréquence:Le variateur de fréquence ajuste la fréquence de sortie en fonction des résultats du calcul. Lorsque la consommation de gaz diminue, il réduit la fréquence et la vitesse de rotation; lorsque la consommation augmente, il les augmente, afin de maintenir une pression constante dans le réseau.

Les principaux avantages de l’utilisation des variateurs de fréquence

L’application d’un variateur de fréquence au système de compresseur d’air permet d’obtenir des avantages techniques et économiques significatifs:

• Économie d’énergie significative:Cela élimine la consommation d’énergie due au ralenti des compresseurs à air fonctionnant à la fréquence du réseau lorsqu’ils sont en mode déchargement, et permet une production sur demande en fonction de la consommation d’air, réduisant ainsi considérablement la consommation énergétique globale de l’installation.
• Stabilisation de la pression du réseau de canalisations:Le contrôle en boucle fermée réduit considérablement l’amplitude des fluctuations de la pression d’alimentation en gaz, améliorant ainsi la qualité des process et l’efficacité de production des équipements de consommation situés en bout de réseau.
• Démarrage progressif et prolongation de la durée de vie:Le démarrage par variateur de fréquence évite les surintensités élevées générées lors d’un démarrage direct du moteur, réduit les perturbations sur le réseau électrique et diminue l’usure des composants mécaniques, prolongeant ainsi la durée de vie de l’équipement.