4 Différences essentielles entre la commande vectorielle et la commande de couple

Bonjour à tous, nous allons aujourd'hui aborder deux stratégies de contrôle clés pour les variateurs de fréquence (VFD) : le contrôle vectoriel et le contrôle de couple. Il s'agit des méthodes de contrôle les plus fondamentales en matière d'entraînement à fréquence variable. Entraînements VFD et sont souvent désignées comme des méthodes de contrôle de l'EFV à haute performance.

De nombreuses personnes confondent leur relation : l'une est une technique de contrôle, tandis que l'autre est un mode de contrôle. En d'autres termes, le contrôle vectoriel est une méthode de contrôle, tandis que le contrôle du couple est un objectif de contrôle ou un mode de fonctionnement. Nous allons maintenant nous pencher sur les distinctions et les liens entre les deux.

Différences conceptuelles

Parmi les méthodes de contrôle des VFD, le contrôle vectoriel est principalement utilisé pour le contrôle de la vitesse en boucle fermée, tandis que le contrôle du couple est employé pour le contrôle du couple constant de sortie.

En supposant que le variateur fonctionne actuellement en mode de contrôle vectoriel, son entrée est une référence de vitesse. L'objectif du système est de maintenir un alignement de haute précision entre la vitesse de sortie et la fréquence réglée, c'est-à-dire un contrôle à vitesse constante.

Lorsque le variateur fonctionne en mode de contrôle du couple, son signal d'entrée est la référence de couple.

Par exemple : 0V correspond à 0N-m, 10V correspond à 200N-m, et lorsque la référence est de 5V, la sortie est de 100N-m. Ici, l'objectif du système est de fournir une sortie de couple stable.

En résumé :

• L'objectif de la commande vectorielle est la stabilité de la vitesse
• L'objectif de la régulation du couple est d'obtenir un couple constant

Leurs logiques de contrôle diffèrent, mais leurs algorithmes sous-jacents sont étroitement liés.

Principe de fonctionnement du contrôle vectoriel

Le concept de base de la commande vectorielle (également connue sous le nom de commande vectorielle de flux ou de commande d'orientation du champ, FOC) consiste à émuler le principe de commande d'un moteur à courant continu (analogie avec un moteur à courant continu).

Dans les moteurs à courant continu, il existe deux champs magnétiques principaux :

• Le flux de magnétisation du champ (fournit le flux magnétique)
• Le champ de l'induit (génère un couple)

Dans la commande vectorielle des variateurs de vitesse, le système de commande décompose le courant du moteur asynchrone en deux composantes :

• Composant du courant magnétisant : Responsable de l'établissement du flux magnétique
• Composante du courant produisant le couple : responsable de la génération du couple

Cette commande orientée vers le champ permet au moteur asynchrone de se comporter comme un moteur à courant continu, ce qui permet d'obtenir une régulation de la vitesse et une réponse dynamique de haute précision.

Applications courantes notamment : les grues, les ascenseurs, les machines à commande numérique et les scénarios exigeant une régulation à très grande vitesse.

Dans ces applications, le contrôle vectoriel permet une régulation rapide et stable de la vitesse par le biais des contrôleurs PID tout en minimisant efficacement les erreurs causées par le contrôle du glissement.

Logique de contrôle du couple

Le contrôle de couple est un mode basé sur la sortie de couple, couramment utilisé dans les scénarios de tension constante tels que le contrôle de l'enroulement/déroulement, le contrôle de la tension des bandes métalliques, les machines textiles et les machines à papier.

Son objectif principal est de maintenir un couple de sortie stable quelles que soient les variations de vitesse.

Dans le cadre de la commande vectorielle, le contrôle du couple est intrinsèquement intégré.

Par exemple : Lorsqu'un variateur de vitesse est réglé sur 25 Hz mais que la vitesse de retour n'est que de 24,9 Hz, le système détecte l'erreur de vitesse et ajuste automatiquement la composante de couple. En activant le mode couple du variateur, il augmente le couple de sortie pour rétablir une vitesse stable.

Par essence, le contrôle de la vitesse est obtenu en fin de compte par le contrôle du couple.

On peut donc comprendre que :

• Le contrôle du couple est l'un des moyens d'obtenir un contrôle vectoriel.

Analogie visuelle : Régulateur de vitesse et accélérateur fixe

Pour comprendre intuitivement leur relation, considérons l'analogie suivante :

• Contrôle vectoriel : Comme le régulateur de vitesse d'une voiture. Le système ajuste automatiquement l'accélérateur (le couple) pour maintenir une vitesse constante quel que soit le terrain.
• Contrôle du couple : C'est comme si l'on maintenait la pédale d'accélérateur enfoncée. Le couple reste constant, ce qui entraîne une diminution de la vitesse en montée et une augmentation en descente.

C'est précisément l'essence même de la différence entre les deux modes de contrôle :

• Le contrôle vectoriel maintient une vitesse constante (régulation de la vitesse)
• Le contrôle du couple maintient un couple constant (régulation du couple)

Conclusion : Choisir le mode de contrôle approprié

Du point de vue de la pratique de l'ingénierie :

• Lorsque le système nécessite un contrôle de vitesse de haute précision (par exemple, ascenseurs, CNC, grues), choisissez la commande vectorielle.
• Pour les systèmes nécessitant une sortie de couple constante (par exemple, enroulement, contrôle de la tension, extrudeuses), sélectionner le contrôle du couple.
• Dans les variateurs de vitesse à haute performance, des algorithmes avancés tels que DTC vs. FOC VFD sont également mis en œuvre pour obtenir une réponse plus rapide et une erreur réduite.

Quelle que soit la méthode de contrôle choisie, il est essentiel d'en comprendre les objectifs et les principes pour maîtriser les modes de contrôle de l'EFV expliqués et améliorer l'efficacité et la stabilité globales du système.