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1 Problèmes de pollution des réseaux D. Bareille 2006.

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1 1 Problèmes de pollution des réseaux D. Bareille 2006

2 2 Examen des faits Dans la vie : Perceuse portative Pont redresseur à diodes, charge inductive Aspirateur domestique Eclairage Micro-ordinateur Au lycée : Les charges "non linéaires" En TP

3 3 Des charges diverses…

4 4 De léclairage Au néon …À économie dénergie…

5 5 Courbe 1 : courant secteur (2A/div): valeur efficace 0,82 A, fondamental 0.4A quasiment en phase avec la tension, Courant maximum 3,3A. Courbe 3 : puissance instantanée (1250W/div): valeur crête 1000w une puissance moyenne 92W Courbe 2 : tension secteur (250V/div) : sinusoïde quasi idéale. 1 > Un micro-ordinateur…

6 6 Réaliser une alimentation DC à partir du secteur pour lélectronique de commande des appareils de classe D (micro- ordinateurs, électroménager, Hi-FI…), pour létage dentrée de la plus-part des variateurs de vitesse. Solution technique traditionnelle redresseur à diode + condensateur de forte capacité. Cahier des charges

7 7 En TP :

8 8 La tension de sortie est constante : la fonction est réalisée Les courants sont « impulsionnels » : la charge est non linéaire

9 9 Remarque : la tension du secteur est déformée

10 10 Caractérisation dune charge "non linéaire" Alimentée par : Elle absorbe i(t) non sinusoïdal : de valeur efficace : de fondamental :

11 11 Caractérisation dune charge "non linéaire" Ses puissances par phase Apparente S : Active P : Réactive Q : Il existe de la puissance déformante D La puissance déformante est liée aux harmoniques de courant

12 12 Caractérisation dune charge "non linéaire" Des grandeurs de caractérisation utiles Le facteur de déplacement : Le facteur de puissance f p : Le taux de distorsion harmonique :

13 13 Caractérisation dune charge "non linéaire" Le taux de distorsion harmonique ? Il sait tout faire ! La puissance apparente S : Le facteur de puissance f p : La puissance déformante D :

14 14 Tension efficace fondamentale = 236 V Courant efficace I= 0,82 A Courant efficace fondamental = 0,4 A Facteur de déplacement = 0,956 Taux de Distorsion Harmonique = 179% Puissance moyenne = 92 W Facteur de puissance = 0,476 1 > Application Courant absorbé par un PC : analyse harmonique

15 15 Modélisation du réseau en régime sinusoïdal v(t) Jeu de barres v g (t) source ligne i(t) charge linéaire Z 50 = : impédance isochrone de la ligne Puissance de court-circuit de la ligne :

16 16 Modélisation du réseau i (t) = i 1 (t) + i 2 (t) + i 3 (t) + ….. + i n (t) v(t) Jeu de barres v g (t) source ligne i 1 (t) Charge non linéaire i 2 (t) i n (t) i(t)

17 17 Application Creux de tension causés par une dizaine de PC sur une phase analyse harmonique

18 18 Modélisation du réseau vis à vis : VgVg I1I1 I1I1 V1V1 Jeu de barres n InIn InIn VnVn Jeu de barres + du fondamentaldu rang n

19 19 n ) amont InIn (I n ) am VnVn n ) aval (I n ) av V kn Propagation des harmoniques sur le réseau Les harmoniques « remontent » vers la source

20 20 Conséquence de la présence des harmoniques De tension creux de tension augmentation du flux Pertes ferromagnétiques Saturation àDéclassement jusquà 50% De courant courant de neutre condensateurs résonnance vieillissement augmentation des pertes Joule en ligne Perturbation des protections dégradation du facteur de puissance

21 21 Conséquence réglementaire EXRAITS DE LA NORME CEI APPAREIL DE CLASSE D : Gabarit du courant dentrée : EXRAITS DE LA NORME CEI /32 /3 I/I max

22 22 Comment lutter contre les harmoniques Filtrage passif : –techniquement simple, –faible investissement, – lourd si beaucoup d harmoniques à filtrer Filtrage actif : –Techniquement complexe, –Très coûteux en forte puissance, –Adapté aux filtrages multiples filtrage mixte – passif pour les harmoniques forte puissance (basses fréquences) – actif pour tous ceux de haute fréquence (faible énergie) FILTRAGE

23 23 Comment lutter contre les harmoniques SYSTEME NON POLLUANT Idée : contrôler la charge du condensateur Moyen : intercaler un dispositif de découpage hacheur parallèle, alim Flyback… veve ieie ISIS VSVS

24 24 Alimentation à absorption sinusoïdale Hacheur parallèle iLiL ISIS ieie Cde

25 25 Analyse du fonctionnement De 0 à TDe T à T L Q C VSVS v red iLiL D C VSVS L iLiL i L est croissanti L est décroissant Plusieurs modes de commande : par fourchette de courant au zéro de courant

26 26 Commande par fourchette de courant iLiL iLiL

27 27 Commande au zéro de courant iLiL RSRS

28 28 Conclusion Dans les deux cas : il faut ajouter des condensateurs coté secteur pour éliminer lés raies de découpage : elles sont à fréquence élevée cela ne pose pas de problème, Le facteur de puissance est pratiquement 1, Le taux de distorsion harmonique est très faible (20% avec notre petit montage simple ! )

29 29 Filtrage passif Circuit L,C série accordé sur lharmonique à éliminer Z fn Z résn Z fn << Z résn Un circuit par harmonique à éliminer Peut aussi servir à compenser la puissance réactive

30 30 Filtrage actif Un onduleur autonome : – spécialement conçu pour la chasse aux harmoniques – en parallèle sur la charge polluante

31 31 Application Courant dans une phase et courant dans le neutre

32 32 Accroissement des pertes Joule Charge non linéaire absorbant un courant de valeur efficace I Ligne de résistance R Pertes Joule : Accroissement relatif :

33 33 Commande par fourchette de courant Référence de courant iLiL

34 34 Commande par fourchette de courant Commande de Q iLiL

35 35 Courant dans linductance Raies de redressement Raies liées au découpage

36 36 Courants iLiL ieie 50Hz Raies liées au découpage

37 37 Coté réseau…

38 38 Coté sortie… Tension de sortie constante V S = 21,4V Taux dondulation < 10 %

39 39 Commande au zéro de courant T t on iLiL

40 40 Courant dans le transistor Courant dans la diode

41 41 Courant dans linductance Raies liées au redressement Raies liées au découpage

42 42 Coté sortie…

43 43 Coté réseau…

44 44 Courants iLiL ieie


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