Variation mécanique ou électrique ?

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Généralités mécaniques et introduction

Force, couple, travail, puissance

La force s'exprime pour une translation.
Exemple : pour soulever une masse.
Une masse offre un poids qui est lié à l'accélération de la pesanteur et son unité est le Newton : N.

Sur terre, la pesanteur est de 9.807 N/kg ≃ 1 daN/kg.
Ainsi, la force nécessaire pour soulever cette masse de 1 kg est ≃ 10 N ou 1 daN.
Pour offrir un autre exemple, sur la lune, la pesanteur étant ≃ 6 fois moindre, 1.6 N aurait donc suffit !

La force s'exprime pour une translation, le couple pour une rotation.
Le moteur dispose d'un couple lié au diamètre de son axe entraînant.
Le couple (m.N) est le produit du rayon en mètre par la force en Newton.
Ex ici : Couple = F x rayon
Donc ici = 9.81 N ≃ 0.15 m ≃ 1.47 m.N

Le travail W est le produit de la force ou du couple exercé sur une distance donnée.
Le temps de réalisation n'intervient pas.
Que l'on soulève un poids de 50 N sur 10 m en 1 ou 3 s (seconde) ne change pas le travail accompli, il s'agît du même in finé !
Mais la puissance mise en jeu sera différente, vous l'aurez anticipée :
D'un rapport de 3 !

Puissance (Watt) = Force (Newton) × vitesse (mètre/seconde)
P = Travail W (Joule) / temps (s)

P = F × v ; P = W / t

P = C × ω

Puissance W = Couple (N.m) × vitesse angulaire (rad/s)

Les 4 quadrants

Abscisses : ←vitesse→ \| Ordonnées : ↑couple↓

Générateur en sens 2 : Le moteur subit une force et se comporte en générateur	Moteur en sens 1 : Le moteur convertit la puissance électrique en effort mécanique

Moteur en sens 2 : Le moteur convertit la puissance électrique en effort mécanique	Générateur en sens 1 : Le moteur subit une force et se comporte en générateur

La puissance électrique fournie en mode générateur engendre une surtension qu'il convient de gérer comme la décélération dans le cas d'un variateur de vitesse.

Courbes de démarrage

L comme linéaire, le plus classique pour les couples proportionnels
U, couple maximal au démarrage, pour les couples constants.
C de centrifuge, pour le couple centrifuge (ventilations...) !
Enfin S pour souplesse : une version améliorée du linéaire pour assouplir les à-coups au démarrage et lorsque la vitesse nominale sera atteinte.

S'il est possible d'utiliser une courbe L, S voire U pour démarrer un process centrifuge (bien que pas optimisé) ; l'utilisation, par exemple, d'une courbe C pour un couple constant risque fort d'échouer...

Le variateur convertisseur de fréquence

Avantages

Vitesse variable
Accélération et ralentissement réglables
Inversion de sens très aisée
A-coups mécaniques maîtrisés (longévité mécanique)
Surintensité de démarrage contrôlée
Protections moteurs programmables
Gestion du freinage : récupération d'énergie possible
Couple de démarrage plus élevé (vectoriel)
Retour d'information (intensité, vitesse...)
Possibilité de dépasser la vitesse nominale (f > 50 Hz)
Compensation du glissement (asynchrone)
Economies d'énergie (process à vitesse variable)
Maître/esclave possible (tapis entraîné par 2 moteurs)
Variation de vitesse sans à coup, sans maintenance
Moins de pertes dans la variation que si mécanique
Plus de redressement du cosinus φLe fameux cosinus phi ! Avec un variateur : il s'occupe de tout, il n'y a plus à compenser les VAR car il n'y en a (quasiment) plus ! à gérer !
Protection courbe CL'appel d'intensité au démarrage est géré par le variateur, de par les lois U/f et même vectorielle, on obtient plus de couple avec moins d'énergie !
Une courbe C, voire B est suffisante ! classique !