ELECTRONIQUE DE PUISSANCE Introduction La répartition par processus de la consommation d’énergie électrique L’industrie a consommé en France en 2007, 190 TW.h soit 33% de l’électricité totale et représente la part de la consommation d’énergie électrique en plus forte croissance, le secteur résidentiel a consommé 36% et le secteur tertiaire 27%.
Introduction Introduction Les moteurs électriques : [ADEME_EEA97] En France les moteurs électriques consomment 22% de la consommation totale d'électricité et 72% de la consommation industrielle soit environ 90 TW.h. Les processus de compression, pompage et ventilation consomment près des deux tiers de la consommation énergétique de l’ensemble des moteurs du secteur industriel. Répartition de la consommation industrielle des moteurs par usage : Introduction
Les besoins Deux grands groupes d’applications Applications où la vitesse variable est une condition intrinsèque de fonctionnement du procédé Traction électrique Entraînement de laminoirs, de fours à ciment et d’une manière générale toutes lignes de la métallurgie, du textile, du caoutchouc, du papier Les machines outils et la robotique Entraînement de pompes et compresseurs Introduction
Intérêt économique des entraînements à vitesse variable Gain en énergie (on agit sur l’alimentation et non sur les pertes) Dans les installations de pompage et ventilation délivrant des débits variables, le couplage du moteur à un variateur électronique de vitesse permet de dégager en moyenne 25% d'économie de consommation électrique. La rentabilité peut être excellente, avec des temps de retour sur investissement inférieurs à deux ans. Introduction
Intérêt économique des entraînements à vitesse variable 63% de la consommation électrique(soit 60 TWh) des motorisations sont imputables aux pompes, ventilateurs et compresseurs. Cette part se répartit elle-même de la façon suivante : 15 TWh pour la ventilation, dont 62% à débit variable et seulement 4% avec Variation Electronique de Vitesse; 20 TWh pour le pompage, dont 57% à débit variable et seulement 4% avec Variation Electronique de Vitesse ; 25 TWh pour la compression, dont 75% à débit variable et seulement 0,02% avec Variation Electronique de Vitesse. 40 TWh consommés par des installations fonctionnant à débit variable mais non équipées de Variation Electronique de Vitesse. Avec un gain moyen de 25% évoqué plus haut, le gisement d'économie d'électricité s'élèverait à 10 TWh/an. Ce sont donc environ 10% de la consommation industrielle d'électricité qui sont en jeu. Introduction
Intérêt économique des entraînements à vitesse variable Suppression des surintensités au démarrage et réduction de la puissance d’alimentation Allongement de la durée de vie des moteurs réduction des échauffements au démarrage limitation de la fatigue des roulements par réduction de la vitesse protection contre les défauts réseaux Introduction
Intérêt économique des entraînements à vitesse variable La souplesse, flexibilité, précision et rapidité des régulations permettent un accroissement de la productivité Introduction
Quelques inconvénients... Le courant dans le moteur n’est plus tout à fait sinusoïdal Le courant absorbé à la source contient des harmoniques (puissance déformante) Ondes électromagnétiques rayonnées Introduction
Nécessité de travailler en commutation Montage série Puissance fournie par la source : E.I Puissance absorbée par la charge : U.I Puissance à gérer par le composant : (E - U).I Introduction
Nécessité de travailler en commutation Deux possibilités pour minimiser la puissance dans le composant électronique I = 0 Û Circuit ouvert (E-U) = 0 Û Court-circuit Le composant électronique de puissance ne peut travailler que comme un interrupteur Introduction
Nécessité de travailler en commutation Montage parallèle Puissance fournie par la source : U.I1 Puissance absorbée par la charge : U. I2 Puissance à gérer par le composant : U.(I1-I2) Introduction
Nécessité de travailler en commutation Deux possibilités pour minimiser la puissance dans le composant électronique U = 0 Û Court-circuit (I1-I2) = 0 Û Circuit ouvert Le composant électronique de puissance ne peut travailler que comme un interrupteur Introduction
Comment dans ces conditions, obtenir une tension continue ? La tension appliquée comporte : une composante utile : la valeur moyenne aE une composante parasite à la fréquence f = 1/h Introduction
Structure d’un convertisseur électronique de puissance Générateur électronique de Récepteur puissance La constante de temps du récepteur>>période de fonctionnement des interrupteurs Interrupteurs récepteur>>1/Fréquence inter Le récepteur prend la valeur moyenne Introduction
Les fonctions de l’électronique de puissance Redresseur (rectifier) = conversion de puissance d’une source alternative vers une charge continue Introduction
Les fonctions de l’électronique de puissance Onduleur (inverter) = conversion de puissance d’une source continue vers une charge alternative Introduction
Les fonctions de l’électronique de puissance Hacheur (chopper) = conversion de puissance d’une source continue vers une charge continue Introduction
Les fonctions de l’électronique de puissance Gradateur (dimmer) = conversion de puissance d’une source alternative vers une charge altrenative Introduction
Domaines d’application de l’électronique de puissance L’entraînement électrique à vitesse variable Les alimentations à découpage (télécommunication, informatique,…) Les UPS (Uninterruptible Power Supplies) Introduction
Introduction
Enrouleuse de papeterie Attention à la casse Introduction
Introduction
Introduction
commande des interrupteurs rail de distribution convertisseur DC - DC moteur à courant continu 75V continu DU continu MCC Hacheur commande des interrupteurs c1 750 V 0<U<750V c2 Introduction
Domaines d’application de l’électronique de puissance Les liaisons HVDC Compensateurs d’énergie réactive et filtres actifs (Flexible AC Transmission Systems) Introduction