En 1977, Emotron a été la première entreprise à introduire un variateur CA basé sur la modulation de largeur d’impulsion (MLI). Les développements ultérieurs ont conduit à l’un des premiers lancements sur le marché de variateurs CA avec contrôle direct du couple en 1998.
La technologie Emotron a un temps de réponse extrêmement rapide puisque le couple réel et le couple requis sont comparés 40 000 fois par seconde. Les variateurs AC peuvent fournir le couple le plus élevé possible par ampère à partir d’un moteur industriel normal, offrant la possibilité de contrôler un moteur sans capteur de rotor tout en conservant le contrôle du couple et de la vitesse.
La méthode de contrôle direct du couple, inventée par Depenbrock et Takahashi, offre un contrôle très efficace des applications dynamiques et exigeantes. La technique Emotron réagit rapidement aux pics de charge, aux changements brusques de charge ou aux temps de rampe mal réglés. C’est un avantage inestimable, par exemple, pour le contrôle des grues, où les démarrages et les arrêts fréquents et critiques exigent un couple élevé instantané, ou pour les applications de concassage, où la vitesse doit être rapidement ajustée au type ou à la taille du matériau.
En mesurant le courant et la tension du moteur, le couple et la vitesse du moteur peuvent être contrôlés en continu et avec une précision exacte en temps réel. Les variateurs Emotron AC sont basés sur le contrôle direct du flux magnétique et du couple du moteur électrique connecté. La grande précision de l’estimateur de flux et de couple permet d’augmenter le couple maximal du moteur jusqu’à 400 % du couple nominal, même à 0 tr/min. Pour obtenir un couple aussi élevé, le variateur CA doit être adapté au courant requis.
Avec le contrôle direct du couple, le rapport couple/courant est linéaire au-dessus du couple nominal, c’est-à-dire que 200% de courant donne 200% de couple, contre environ 150% de couple à 200% de courant sans contrôle direct du couple. Par conséquent, la capacité de surcharge requise pour que le variateur CA Emotron reste en contrôle total du moteur peut être considérablement réduite par rapport à l’utilisation de méthodes de contrôle sans contrôle direct du couple.
Le contrôle direct du couple fonctionne avec le frein vectoriel intégré du variateur de vitesse pour assurer un freinage rapide et protecteur. L’énergie de freinage est dissipée par le moteur lui-même, ce qui permet d’éviter les interruptions dues à une tension de freinage excessive. Le couple de freinage disponible est doublé par rapport aux méthodes de freinage conventionnelles. Dans la plupart des cas, aucun frein mécanique n’est nécessaire – les hacheurs de freinage et les résistances de freinage ne sont nécessaires que pour un temps de freinage extrêmement court.
Les variateurs de vitesse à contrôle direct du couple fonctionnent en contrôlant le couple et le flux du moteur, ce qui permet d’éliminer les déclenchements intempestifs causés par des charges de choc, des perturbations de l’alimentation secteur ou des temps de rampe mal réglés. Ceci est dû à la réponse rapide et au contrôle précis du flux du moteur basé sur le modèle de moteur utilisé dans le logiciel. Chaque commutation dans le variateur CA est directement liée à l’état électromagnétique du moteur, ce qui permet un contrôle souple et précis à tout moment.
La partie essentielle du contrôle direct du couple est le modèle de moteur qui fournit des estimations précises du flux et du couple réels du moteur. En comparant les valeurs réelles calculées avec les valeurs de référence à une fréquence de calcul extrêmement élevée, il est possible de réaliser une boucle fermée de contrôle du flux et du couple. Tous les paramètres pertinents du moteur sont mesurés automatiquement, l’inertie de la charge est vérifiée et les paramètres internes sont automatiquement réglés en conséquence. Avec une capacité de freinage supérieure et un contrôle précis de l’accélération et de la décélération, le temps de réponse du couple peut être inférieur à 1 ms et la précision de la vitesse peut atteindre ±0,1 % du régime nominal, même sans capteur séparé sur le moteur. Les valeurs typiques de la commande vectorielle classique sans capteur sont un temps de réponse du couple de 50 à 100 ms et une précision de la vitesse de ±1 à 2 %.
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