Thème n°2 : Le distribution de l’énergie électrique

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1 Thème n°2 : Le distribution de l’énergie électrique
Allures de tensions, de courants Mesures de puissances Pollution par les harmoniques Marqueurs de cette pollution

2 TP n°1 : Banc d’essais MCC
La tension est mesurée sur le côté du coffret d’alimentation principal entre la phase 1 et le neutre Le courant est relevé dans la boucle du bas (celle du haut c’est le courant « continu » dans le moteur) W #

3 TP n°1 : Banc d’essais MCC
Changement de vitesse (démarrage) : Décalage vers la gauche Forme particulière (2 bosses)

4 TP n°1 : Banc d’essais MCC
On relève à l’entrée du variateur (redresseur triphasé) une tension sinusoïdale, ce qui est normal, et un courant qui correspond à la conduction du thyristor 1 avec le 5 et le 6 (les deux alternances positives) et la conduction du thyristor 4 avec le 2 et le 3 (les deux alternances négatives). Pas de entre valeur max et efficace Le courant absorbé est très pollué

5 TP n°1 : Banc d’essais MCC
A vide / en charge : Que regarde-t-on ? 1 : à /en ……………… : à / en ………………….. Facteur de crête, indice THD, indice

6 TP n°1 : Banc d’essais MCC
Absence de H3 et ses multiples Pointe d’intensité de 63 A Intensité efficace 2,7 A Valeurs mini et maxi Pas de DC pour le courant …! Le fonctionnement apparemment est à vide. Le redresseur consomme de la puissance réactive. Le facteur de puissance est très faible (tanj>0,4). L’intensité absorbée pourrait être plus faible en compensant. Taux de distorsion Par rapport au fondamental Facteur de déclassement (pour dimensionnement transfo, par exemple) Taux de distorsion Par rapport à la valeur efficace Le système est de classe A, selon le document. Il n’y a pas d’harmonique 3, H5 est à 1 A soit légèrement inférieure à la norme (1,14 A), H7 est aussi sous le seuil (0,77 A), et les autres harmoniques sont négligeables. Ce système respecte donc la norme à vide (le plus polluant) Facteur de crête : Valeur max Valeur efficace

7 TP n°1 : Banc d’essais MCC
En réalisant un essai en charge conséquent, on remarque que les allures de courant ne changent pratiquement pas. Les intensités sont plus élevées et tendent à faire sortir le système de la norme, qui exprime les intensités maximales en Ampères et non en pourcentage de la valeur efficace

8 TP n°2 : Banc d’essais ATV28
Le but de ce montage sera d’évaluer l’influence d’une inductance de ligne dans le filtrage des harmoniques du courant absorbé. Et ce, pour deux valeurs différentes du couple utile de la machine entraînée ; à vide et en pleine charge, par exemple.

9 TP n°2 : Banc d’essais ATV28
Les signaux sont déjà plus réguliers. La pointe de courant est quasiment deux fois plus grande, et un peu plus large. Les oscillations de deuxième ordre (avec filtrage) sont négligeables face à l’intensité qui a doublée. Le THD est meilleur avec filtrage (un peu). TP n°2 : Banc d’essais ATV28 Tout d’abord à vide Ensuite à 100% On constate que les pics de charge du condensateur montent à 7A sans filtrage, et seulement 4A avec. Les allures ne sont mas symétriques, et on constate avec filtrage l’apparition d’un phénomène oscillant d’ordre 2 qui est dû à la résonance entre la bobine de lissage et le condensateur de filtrage lors des commutations. Sans filtrage Sans filtrage Avec filtrage Avec filtrage

10 TP n°3 : Maquette Harmotris
On étudiera l’éclairage à Ballast µ ; avec sa solution de filtrage. On étudiera aussi l’éclairage Halogène 500W, puissance au maximum et à 50% (on considèrera que c’est le cas le plus défavorable)

11 TP n°3 : Maquette Harmotris
On mesure la puissance sur V3N et I3 On distingue au niveau de la phase 3 les deux charges qui nous intéressent: La Lampe à ballast Magnétique 9W La Lampe Halogène réglable 500W Phase 3 Phase 2 Phase 1

12 TP n°3 : Maquette Harmotris
Commande ON/OFF de l’halogène 500W Variation de l’intensité Lumineuse Commande ON/OFF de la lampe à Ballast µ Commandes de filtrage de la Lampe précédente

13 TP n°3 : Maquette Harmotris
Pour la Lampe à Ballast Magnétique, la sonde a été amplifiée par 10 (seulement 9W !) Le courant est quasi sinusoïdal. La puissance absorbée est de 14W, alors que la puissance réactive, elle, est de 39,6VAr. C’est une charge qui présente un très mauvais cos(j). Si on en compte beaucoup sur l’alimentation, il faudra trouver une solution de compensation. Pas besoin de filtrer, car on remarque que H3 est sous la norme, et les autres aussi. Le THD est très bon, donc le seul problème que posent ces types de charges est l’énergie réactive en excès.

14 TP n°3 : Maquette Harmotris
L’éclairage Halogène et sa solution de filtrage sont intéressants surtout à 50% ( à 100% beaucoup moins d’harmoniques sont présents) On étudiera la forme du courant ainsi que l’importance des 13 premiers harmoniques de courant Sans solution de filtrage Avec filtrage Inductif Avec filtrage H3 L-C Les 2 solutions ensemble

15 TP n°3 : Maquette Harmotris
On s’aperçoit qu’une solution d’inductance en ligne seule n’est pas idéale, car elle n’influe que sur les harmoniques de rang élévé >7 Un circuit résonnant H3 (150Hz) est intéressant pour diminuer de manière conséquente le THD (de 50% à 20%) La combinaison des 2 permet d’obtenir un résultat intéressant, même si la forme du courant reste assez peu sinusoïdale.

16 TP n°4 : Banc Hydrotherm Ici il est question dans un premier temps d’étudier la pollution engendrée par un gradateur à angle de phase. Si le temps nous le permettait, on pouvait étudier l’évolution de la puissance de chauffe en fonction de l’angle affiché de retard. Pour conclure sur la non linéarité du paramétrage du gradateur.

17 TP n°4 : Banc Hydrotherm Réglage affiché : 45° Réglage réel : 68°
99° 142° 180° 180° 180° Réglage affiché : 45° Réglage réel : 68° Réglage affiché : 90° Réglage réel : 99° Réglage affiché : 135° Réglage réel : 142°

18 TP n°4 : Banc Hydrotherm Les constats :
Plus on monte en puissance, moins il y a d’harmoniques. Le courant est donc très pollué pour des fonctionnements à faible puissance. L’angle affiché ne correspond pas à l’angle réel, il correspond à une fraction de la puissance. Ex : 18° = 10% de la puissance.

19 TP n°4 : Banc Hydrotherm Angle supposé Puissance 11,5 213 21 392 39
11,5 213 21 392 39 727 57 1075 75 1444 94 1855 113 2243 130 2575 150 2820 167 2810 180 Angle réel Puissance -1, 11,5 3, 21 27, 39 171,328498 57 482,589896 75 950,047094 94 1533,97565 113 2091,1794 130 2475,95168 150 2735,44329 167 2809,67705 180 2816,58

20 TP n°5 : Panneaux Solaires.
Vu la saison, et les heures auxquelles les TP sont réalisés, le TP ne présente un intérêt que sur les principes de mesures réalisées. 3 objectifs : Mesurer une température Relever le courant fourni par l’onduleur Analyser sa qualité Comparer avec les résultats de la télérelève.

21 TP n°5 : Panneaux Solaires.
Relever la température au milieu du curseur. Faire le point correctement sur la zone Infrarouge Lire la température affichée, les zones bleues sont des zones d’I.R. réfléchis, pas de température de -24°C Le recto est plus chaud que le verso (dû à l’exposition directe) Notez au passage la zone dans l’ombre qui apparaît en bleu

22 TP n°5 : Panneaux Solaires.
Les mesures se font du côté AC (réseau), avec les E.P.I.

23 TP n°5 : Panneaux Solaires.
Le courant n’est pas sinusoïdal, il comporte H2, H5 et H7 essentiellement SonTHD est de 18,6% Le facteur de puissance est très mauvais, ce qui est dû au fonctionnement presque à vide… On est en hiver, la puissance récupérée lors d’une après-midi ensoleillée n’est pas phénoménale Mesures réalisées à l’analyseur de réseau Chauvin-Arnoux

24 TP n°5 : Panneaux Solaires.
TimeStamp IntSolIrr TmpAmb C TmpMdul C WindVel km/h E-Total Fac Iac-Ist Pac Uac hh:mm W/m^2 ?C km/h kWh Hz mA W V 15:00 276.25 6.54 20.09 0.05 997.68 50.01 367.72 239.22 15:15 93.63 6.24 9.41 997.71 49.97 533.84 127.01 238.67 15:30 76.17 5.91 6.25 997.75 49.99 520.67 123.65 238.25 L’ensoleillement présente une non linéarité dans la diminution régulière de la luminosité de fin de journée dans la mesure où une ombre portée apparaît en environ 10 minutes vers 15h00 – 15h30 La mesure a été réalisée à 15h06, soit entre la première et la deuxième ligne Grande chute de l’intensité liée à celle de l’ensoleillement On remarque que l’ensoleillement chute d’un coup entre 15:00 et 15:15 - Température ambiante : 6° - Température des panneaux : 18° (cohérent ; entre 20° et 9°) - Vent négligeable – influe sur la température La puissance mesurée ci-dessous (239W) colle bien avec le relevé de la WEBBOX La tension peut paraître élevée mais c’est normal car on est en tête d’installation.

25 Thème n°2 : Le distribution de l’énergie électrique
Pour conclure, nous avons vu qu’en fonction de la charge, le courant que nous appelons peut être pollué. Dans une certaine quantité, aucune mesure de correction ne s’impose. Au-delà d’un certain seuil, plusieurs solutions se proposent à nous : Self de ligne (filtre passe-bas) Réjecteur d’harmoniques H3 – H5 Filtre actif (non étudié, sera vu en simulation en physique) Ces corrections mettent directement en jeu la qualité de la tension délivrée (on retrouve ces harmoniques dans la chute de tension). Mais elles peuvent aussi créer des dégradations dans les installations électriques (H3 dans le neutre, …)