perturbations electromagnetiques bf hf

e travail est le fruit d'une troite collaboration avec le milieu industriel. Il rpond un besoin de formation clairement identifi et repose sur une forte complmentarit entre l'exprience et le savoir-faire industriel de M. G. GAY, responsable de la formation CEM de l'Institut Schneider formation et l'approche pdagogique de M. Y. PELLICIER, enseignant au lyce Pablo Neruda de Saint Martin d'Hres. Le document est compos d'un article de vulgarisation sur les perturbations lectromagntiques basse et haute frquence et la prsentation d' HARMOCEM, un banc d'tude dvelopp pour rpondre au besoin de formation. Etude des phnomnes Harmoniques Basse Frquence Etude des phnomnes Harmoniques Haute Frquence Prsentation du Banc HARMOCEM Extrait du manuel des activits pdagogiques p3 p 11 P 17 p 23

C

Les perturbations lectromagntiques basse et haute frquenceCet article a pour objectif de prsenter les phnomnes lectromagntiques basse et haute frquence et de proposer les principales solutions industrielles permettant dy remdier.- Les perturbations harmoniques sont situes dans un spectre basse frquence stendant jusqu quelques kHz. - Les perturbations haute frquence se situent dans un spectre stendant jusqu plusieurs GHz. Dfinition dune perturbation lectromagntique Il sagit de tout phnomne lectromagntique susceptible de dgrader les performances dun dispositif ou dun systme. Les diffrents niveaux de perturbations rencontrsniveau de la perturbation

p.3Etude des phnomnes harmoniques basse frquencemarge d'immunit

niveau de susceptibilit : niveau de perturbation partir duquel il y a dysfonctionnement par un matriel ou un systme

niveau d'immunit : niveau normalis d'une perturbation supporte par un matriel ou un systme

niveau de compatibilit lectromagntique : niveau maximal spcifi de perturbation auquel on peut s'attendre dans un environnement donn

p.11Les perturbations lectromagntiques haute frquence

limite d'mission : niveau normalis d'mission que ne doit pas dpasser un matriel

Etude des phnomnes harmoniques basse frquenceLe domaine dapplication des phnomnes harmoniques basse frquence stend jusqu environ 2 kHz. Il est noter que sur un systme monophas ou triphas avec neutre cbl le spectre contient des harmoniques de rang 3. Exemple - alimentation dcoupage - variation de vitesse pour moteur asynchrone - clairage.

OrigineDans les secteurs industriel et domestique on constate une recrudescence de gnrateurs dharmoniques imposant un courant alternatif non sinusodal. Les gnrateurs dharmoniques sont des charges non linaires, cest--dire quils nabsorbent pas un courant sinusodal, bien quils soient aliments par une tension sinusodale. Ils comprennent deux types :

Quelques dfinitions importantesRappel du thorme de Fourier (Joseph)mathmaticien franais n Auxerre (1768-1830). Toute fonction priodique de frquence f peut tre reprsente sous la forme dune somme compose : dun terme sinusodal la frquence f de valeur efficace Y1 (fondamental) de termes sinusodaux dont les frquences sont gales : - n fois la frquence du fondamental et de valeurs efficaces Yn (harmonique) - n multiple entier tant le rang de chaque harmonique dune ventuelle composante continue de valeur Y0y(t) = Ynrsin (not - n) + Y0n=1 n=

Les redresseurs en courantIl sagit des redresseurs en pont de Graetz dbitant sur une charge inductive. La forme du courant est compose de crneaux lis la commutation rapide des thyristors.Lf

Z L ligne

Exemples : - convertisseurs statiques (onduleurs) - variateurs de vitesse pour moteur courant continu

Id ot

Les redresseurs en tensionIl sagit des redresseurs en pont de Graetz chargs par un condensateur. La forme du courant est compose de pointes leves et fines lies la charge du condensateur.

Y0 = Y1 = Yn = o = n =

valeur de la composante continue valeur efficace du fondamental valeur efficace de lharmonique de rang n pulsation de la frquence fondamentale dphasage de la composante harmonique

I (t)

L ligne

% 100Spectre d'une charge triphase quilibre Absence d'harmonique de rang 3 et multiple

50

0 1 5 7 11 13 17 19

N

Exemple dapplication du thorme de Fourier sur un signal carr Reprsentation temporellefondamental 2r valeur efficace = E +E harmonique 3 1 2r valeur efficace = E 3 t 2

Notion de taux de distorsionIl donne une mesure de linfluence thermique de lensemble des harmoniques : cest le rapport de la valeur efficace des harmoniques la valeur efficace du fondamental seul. Taux de distorsion (selon dfinition donne par le dictionnaire CEI) : ce paramtre, appel encore distorsion harmonique ou facteur de distorsion, reprsente le rapport de la valeur efficace des harmoniques la valeur efficace du fondamental Y1.n= n=2

0 -E

H1+H3Composante continue : Y0 = 0

Reprsentation spectrale% 100 fondamental (H1) rang H3 rang H5

(Yn2) Y1

THD (%) = 100

Exemple dapplication (signal carr)302 + 102 = 28 % 104

THD = 1000 1 3 5 7 9 n

Facteur de puissance et cos Le facteur de puissance est le rapport de la puissance active P la puissance apparente S P FP = S Le facteur de dphasage cos 1 reprsente le cosinus de langle entre les fondamentaux de la tension et du courant P1 cos1 = S1 P1 puissance active de la composante fondamentale S1 puissance apparente de la composante fondamentale Conclusions FP = cos1 sur une charge linaire FP cos1 sur une charge non linaire - le facteur de dformation FD reprsente le lien entre FP et cos FD = FP cos1 donc FP = cos1.FD

Le spectre est observ avec un analyseur de spectre. Remarque : lamplitude (donc lnergie) des raies harmoniques dcrot en fonction de leur rang. Nota : Nous constatons que le signal rsultant de la sommation (H1 + H3) se rapproche du signal carr.

Valeur efficace dune grandeur alternative non sinusodaleLa valeur efficace de la grandeur dforme conditionne les chauffements, donc habituellement les grandeurs harmoniques sont exprimes en valeurs efficaces. Pour une grandeur sinusodale : Veff = Vmaxr

Pour une grandeur dforme et en rgime permanent, lnergie dissipe par effet Joule est la somme des nergies dissipes par chacune des composantes harmoniques, soit lapplication de la formule gnrale :yeff = 1 y2t.dt T0T

donne avec la reprsentation harmonique :

n=

yeff =

n=1

Yn2

- le facteur de crte cest le rapport de la valeur de crte la valeur efficace dune grandeur priodique Fc = Y crte Yeff

Exemple dapplication IH1 = 104 A ) Valeurs donnes par lanalyseur IH3 = 30 A ) de spectre dans lexemple IH5 = 10 A ) du signal carryeff = 1042 + 302 + 102 = 109 A

Conclusions Ncessit deffectuer la mesure de courant avec un ampremtre RMS (Root Mean Square) intgrant les rangs harmoniques (valeur efficace). Le calcul de la section des conducteurs sera adapt au courant efficace et non pas au seul fondamental.

Principaux gnrateurs dharmoniques- Onduleurs, hacheurs. - Ponts redresseurs : lectrolyse, machine souder. - Fours arc et induction. - Variateurs de vitesse lectroniques pour moteur courant continu ou pour moteur asynchrone ou synchrone. - Appareils domestiques tels que tlviseurs, lampes dcharges, lampes fluorescentes ballast lectronique. - Alimentation dcoupage informatique. Ces quipements connaissent une diffusion croissante, ils entranent une source de pollution harmonique importante.

Les effets indsirables et les retombes conomiques des harmoniques sur les installationsLes tensions et courants harmoniques superposs londe fondamentale conjuguent leurs effets sur les appareils et quipements utiliss. Ces grandeurs harmoniques ont des effets diffrents selon les rcepteurs rencontrs : - soit des effets instantans, - soit des effets terme dus aux chauffements.

Les effets instantans

La normalisation en vigueurLimites dmission en courantElles sont fixes par la norme CEI 61000-3-2 pour les appareils raccords au rseau public en basse tension consommant moins de 16 A par phase. Au del une norme CEI 61000-3-4 est en prparation. Pour les abonns tarif vert en France, EDF propose un contrat EMERAUDE qui engage ses abonns limiter leur niveau de pollution et EDF fournir une nergie de qualit. Nota : Un club FIABELEC en partenariat avec EDF peut servir dassistance aux industriels.

Sur les systmes lectroniques, les tensions harmoniques peuvent perturber les dispositifs de rgulation. Elles peuvent influencer les liaisons et les quipements courants faibles, entranant des pertes dexploitation. Les compteurs dnergie prsentent des erreurs supplmentaires en prsence dharmoniques : par exemple un compteur classe 2 donnera une erreur supplmentaire de 0,3 % avec un taux de 5 % dharmonique 5 sur le courant et la tension. Les rcepteurs de tlcommande centralise frquence musicale utilise par les distributeurs dnergie peuvent tre perturbs par des tensions harmoniques de frquence voisine de celle utilise par le systme. Vibrations, bruits Par les efforts lectrodynamiques proportionnels aux courants instantans en prsence, les courants harmoniques gnreront des vibrations, des bruits acoustiques, surtout dans les appareils lectromagntiques (transformateurs, inductances). Des couples mcaniques pulsatoires, dus aux champs tournants harmoniques, donneront des vibrations dans les machines tournantes. Ils peuvent entraner une destruction du matriel. Perturbations induites sur les lignes courants faibles (tlphone, contrle-commande) Des perturbations surviennent lorsquune ligne courants faibles chemine le long dune canalisation de distribution lectrique avec courants et tensions dforms.

Niveau de compatibilitLa norme CEI 61000-2-2 dfinit des niveaux de compatibilit de tensions harmoniques pour les rseaux publics basse tension et CEI 61000-2-4 pour les installations industrielles basse et moyenne tension.

Les effets termeVictimes Les condensateurs Les effets termeEchauffement, vieillissement Risque de rsonance avec le circuit amont (inductance rseau), suite la circulation de certains rangs harmoniques. Ce phnomne peut entraner un facteur damplification du courant dans le condensateur provoquant sa surcharge et pouvant conduire son claquage. Echauffement d aux pertes supplmentaires des machines et des transformateurs c Pertes supplmentaires dans les machines, dans leur stator (cuivre et fer) et principalement dans leurs circuits rotoriques (cages, amortisseurs, circuits magntiques) par suite des diffrences importantes de vitesse, entre les champs tournants harmoniques et le rotor. c Pertes supplmentaires dans les transformateurs dues leffet de peau (augmentation de la rsistance du cuivre avec la frquence), lhystrsis et aux courants de Foucault (dans le circuit magntique). c Couple pulsatoire. Echauffement des cbles et des quipements Les pertes des cbles traverss par des courants harmoniques sont majores, entranant une lvation de temprature. Parmi les causes de pertes supplmentaires, on peut citer : c llvation de la rsistance apparente de lme avec la frquence, phnomne d leffet de peau ; c llvation des pertes dilectriques dans lisolant avec la frquence, si le cble est soumis une distorsion de tension non ngligeable. Dune faon gnrale, tous les quipements (tableaux lectriques) soumis des tensions ou traverss par des courants harmoniques ont des pertes accentues et devront faire lobjet de dclassements ventuels.

Les transformateurs

Les cbles et les quipements

Particularits de lharmonique 3Les harmoniques de rang 3 tant en phase, ils sajoutent algbriquement dans le neutre ; il y a donc surcharge importante sur le neutre notamment en rgime dsquilibr.

HTA

BT

I1 I1 I1I1=0

IH3 IH3 IH3I3= -3

Y

IH3

I1 = courant fondamental IH3 = courant d'harmonique de rang 3 I3= IH3(1)+IH3(2)+IH3(3)

neutre

Il faudra adapter la section des conducteurs.I1 I2 I3

IH3(1)

IH3(2)

IH3(3)

Les principaux remdes envisagsSolutions gnralesAbaisser les impdances harmoniques Agir sur la structure de linstallation : - augmentation de la puissance de court-circuit - choisir le bon schma de liaison la terre ; viter le TNC - utilisation de transformateurs couplage spcifique (exemple : DY/n11) - confiner les charges polluantes - dclassement des quipements.

Filtrage anti-harmonique permettant de dpolluer le rseau lorsque le niveau dharmonique est trop lev - Lisser le courant Schma de ltage dentre classique des variateurs, alimentations dcoupage

~ V1 ~ V2 ~ V3

lex I I I

Vc C R

Solutions de neutralisationProtection des condensateurs de compensation dnergie ractive (suite au phnomne de rsonance). - Installation dinductances anti-harmoniques (LAH) But : raliser laccord du circuit LAH une frquence pauvre en harmonique pour supprimer les risques de forts courants harmoniques dans les condensateurs Moyen : montage en srie avec le condensateur dune inductance dite anti-harmonique (LAH). Frquences typiques daccord : 135 Hz rang 2,7 si 1er rang significatif est 3 215 Hz rang 3,8 (BT) si 1er rang significatif est 5 en BT 225 Hz rang 4,5 si 1er rang significatif est 5 en MT. PrincipeHT

La forme et donc le spectre harmonique dpend de L et de CV U

tV2 V3 V3 V1 V1 V2 V2 V3 V3 V1 V1 V2

- Filtrage passif shunt rsonnant But : piger les harmoniques dans des courtscircuits harmoniques appels filtres dharmoniques pour rduire la distorsion de tension. Moyen : montage en srie avec le condensateur d'une inductance accorde sur un rang riche en harmoniques (LCo2 = 0). Frquences typiques daccord 250, 350, 550, 650 Hz (rangs 5, 7, 11 et 13). PrincipeHT

I harmoniques

Transformateur HT/BT

LAH

~

=

~

=

M condensateurs avec inductances de protection (LAH) permettant de supprimer les phnomnes de rsonance entranant la surcharge des condensateurs

gnrateurs d'harmoniques (Gh)

Transformateur HT/BT I harmoniques

~

=

~

=

M rang 5 et 7 Filtres harmoniques de rang 5 et 7 pour des rseaux triphass


- Filtrage actif ou compensateur actif Une des dfinitions Un filtre actif est un convertisseur statique qui permet dinjecter dans le rseau des harmoniques en opposition de phase et damplitude afin que londe rsultante soit sinusodale.

- Filtrage hybride Principe : association des solutions passives et actives permettant la dpollution de tout le spectre. La compensation dnergie ractive possible. Solution bien adapte un filtrage rseau. Cette solution permet dobtenir un compromis technico-conomique idal car il permet de rduire la puissance de dimensionnement du filtre actif.

Principe

PrincipeHT

source If Ic

charges (s)

I harmoniques


Ih filtre actif~ ~M Filtre passif de rang 5/7 compensateur actif

=

=


Principe du filtre actifHT

Nota : le filtre passif traitera les rangs 5 et 7 par exemple, et le compensateur actif les rangs suivants.

I harmoniques


~

=

~

=

M

Compensateur actif


Etude dun cas de pollution par des harmoniques de courantLes faits : match de football Le Mans-Guingamp, pour le compte du championnat de France de 2 me division.- 21 h 44 : Le Mans - 2, Guingamp - 1 - 21 h 45 : panne dclairage, impossibilit de renclencher le disjoncteur de tte - 22 h 00 : match dfinitivement arrt - dcision : match perdu pour Le Mans sur tapis vert

Schma quivalent simplifi du rseau polluEDF condensateur de 20 kV compensation des lampes 400 V C = 224 F* ballasts L = 30 mH* 400 kVA

LtudeExplication du problme Rsonance de linstallation sur le rang 5, excite par les tensions harmoniques prsentes sur le rseau EDF, du fait, qu cette heure, tout le monde est devant son tlviseur pour suivre le match. Louverture du disjoncteur a t entrane par surcharge thermique. Les mesures effectues par les experts de Schneider Electric ont mis en vidence un taux dharmonique 5 identique au fondamental. Le disjoncteur Merlin Gerin a donc rempli sa mission en mettant linstallation hors tension

lampes R = 30 *

4 lampadaires

* Valeurs par phase et par lampadaire (dtermines partir des caractristiques communiques par le constructeur des lampes)

La solution proposeDplacement de la frquence de rsonance par installation dune inductance srie de 3 mH sur chaque lampadaire (valeur dtermine par le logiciel expert).EDF 20 kV 400 V 400 kVA

Lah = 3 mH par phase




Lah = inductance anti-harmonique

Les perturbations lectromagntiques haute frquenceLa compatibilit lectromagntique (CEM)Les perturbations lectriques cres par la proximit dquipements lectriques de puissance sur les transmissions de donnes de niveaux faibles sont de plus en plus frquentes. Elles obligent les responsables de sites industriels et tertiaires sen prmunir. Notions de courants forts et de courant faibles Les courants forts sont ceux qui sappliquent aux installations de distribution de lnergie lectrique. Les courants faibles sont ceux qui sappliquent aux transmissions dinformations ou de signaux entre dispositifs lectroniques. La compatibilit lectromagntique : cest lart de les faire coexister, sans crer de dysfonctionnement. La gnration des perturbations lectromagntiques provient en gnral de ltablissement et de la coupure dun circuit lectrique se traduisant par de brutales variations de tension (dv) ou de courant (di) dt dt aux bornes du circuit command.

u/i

dv ou di dt dtCes perturbations peuvent tre rayonnes ou conduites en mode Diffrentiel et/ou en mode Commun. Elles creront des dysfonctionnements sur les appareils sensibles tels que les : systmes de mesure, rcepteurs radio, tlphones, capteurs, rgulateurs.

Les sources de perturbations haute frquencePrincipales sources dorigine naturelle- atmosphriques (foudre), - bruit thermique terrestre.

Dfinition du mode DiffrentielLe courant se propage sur lun des conducteurs, traverse lappareil victime, en le polluant et revient sur lautre conducteur en sens inverse.

Principales sources dorigine artificielle- metteurs intentionnels : radiolectriques, talkie-walkie, GSM - metteurs non intentionnels : les moteurs lectriques, lappareillage, les ordinateurs, les tubes fluorescents...

iMD source uMD iMD victime

et dans le mme temps :- prolifration de llectronique numrique, - sensibilit croissante des composants. iMD : courant de mode Diffrentiel uMD : tension de mode Diffrentiel

Dfinition du mode CommunLe courant se propage en phase sur tous les conducteurs et se reboucle par les circuits de masse via les capacits parasites (Cp).

Les cinq familles de mesure utilises en CEM

immunit rayonne

mission rayonne

iMC source iMC victime

dcharge lectrostatiquevictime source

immunit conduite

mission conduite

iMC Cp iMC

uMC

uMC Cp

iMC

iMC : courant de mode Commun uMC : tension de mode Commun Nota : Principe de gnration du courant de mode Commun. La capacit parasite du radiateur de refroidissement des composants lectroniques est un lment pris en compte dans la conception des bras convertisseurs.

Les perturbations conduites se propagent par voie filaire. Les perturbations rayonnes se propagent par voie hertzienne.

La normalisationUne directive a pris naissance en 1989. Il sagit de la directive 89/336/CEE modifie par les directives 92/31/CEE et 93/68/CEE. Le champ dapplication de cette directive concerne tous les appareils lectriques et lectroniques ainsi que les quipements et installations qui contiennent des composants lectriques ou lectroniques. Son respect est obligatoire depuis le 01/01/96. Ceux-ci doivent tre construits de faon ce quils respectent les exigences essentielles de la directive cest--dire : - avoir un niveau de perturbations lectromagntiques limites de faon ne pas provoquer des dysfonctionnements priphriques. - avoir un niveau dimmunit adquat face lenvironnement auquel ils sont confronts. Ces niveaux dmission et dimmunit sont fixs par une srie de normes correspondantes. Les appareils conformes aux exigences de la directive doivent comporter le marquage CE au titre de la CEM. Nota : deux autres directives exigent galement le marquage CE (Basse Tension et machine). Voir guide technique Intersections novembre 1999.

Isolant Radiateur Semi-conducteur

V

Cp Masse

iMC

Cp : capacit parasite entre le transistor et le radiateur reli la masse

Le courant iMC de mode Commun circulant dans Cp provient des variations de tension lies la commutation du transistor. Ce courant circule donc du transistor vers la masse via Cp. Le remde principal permettant de limiter les perturbations conduites, consiste insrer un filtre accord haute frquence en srie dans la liaison au plus prs du pollueur. Ce filtre doit tre raccord en respectant scrupuleusement les rgles de cblage prconises par les fabricants (placage au plan de masse). Le phnomne prpondrant est surtout le mode Commun (i de fuite, rayonnement des cbles).

En CEM deux catgories dessais sont effectues- les essais de labo (de type) dont lobjectif final consiste (via les normes) atteindre le marquage CE sur le produit de faon garantir sa bonne intgration dans lenvironnement. - les essais de site dont lobjectif consiste assurer (prventif) ou rendre (curatif) une installation conforme.

Les diffrents modes de couplage des perturbations lectromagntiquesLes trois types de couplage principaux sont : - le couplage par impdance commune (phnomne conduit) - le couplage lectrique - le couplage magntique.

Le couplage lectriqueDiaphonie capacitive. Transmission de perturbations entre deux cbles par capacit parasite (Cp). On distingue deux cas : La diaphonie capacitive Une variation brutale de tension V1 entre un fil et un plan de masse ou entre deux conducteurs va gnrer un champ lectrique qui va induire un courant (i) sur le conducteur voisin par effet capacitif. On rcupre donc une tension V2 sur le cble victime. Figure 2Cp (capacit parasite)

Le couplage par impdance communeIl provient de la prsence dun circuit commun entre diffrents appareils. Par exemple : - le circuit dalimentation - le circuit de masse - le rseau de protection PE, PEN. Figure 1

paire coupable

parasite quipement 1 HF A courant de dfaut 50 hZ foudre cble de signal

quipement 2 B

V1

~paire victime V2

i R

diffrence de potentiel Z (impdance commune) PE

Le couplage champ cbles Lorsque le conducteur est soumis un champ lectrique variable (talkie-walkie, GSM, manuvre dappareillage, radar), un courant (i) est induit sur ce conducteur. Figure 3i

La figure 1 montre que lorsque des courants (haute frquence, de dfaut 50 Hz, foudre) circulent dans des impdances communes (Z) ; les deux quipements vont tre soumis une diffrence de potentiel VA-VB indsirable (risque pour les circuits lectroniques bas niveau). Tous les cbles, y compris le PE, prsentent une impdance qui augmente avec la frquence. Nota : Un cble rond quelle que soit sa section est quivalent une inductance de 1H/m. Remdes Rduction de limpdance commune par : - maillage des circuits communs - liaison des chemins de cble mtallique - utilisation de cbles blinds relis des deux cts - utilisation de tresses plates - filtre haute frquence.

champ lectrique E

Remdes : - loignement source/victime - plaquer les cbles victimes prs des structures mtalliques (chemin de cble, conduit mtallique) vitant les phnomnes dantenne - ajouter des cbles daccompagnement de masse - blinder les cbles victimes en soignant le raccordement la masse des deux cts - filtrage haute frquence ou ferrites sur le cble victime.

Le couplage magntique ou diaphonie inductiveUne variation de courant dans un conducteur gnre un champ magntique (H) variable. Il va crer une force contre-lectromotrice qui dveloppera une tension perturbatrice (e) dans un cblage victime prsentant une boucle de surface (S). Figure 4

Mcanismes - couplages cbles cbles, champs cbles - tensions de mode Commun - dv/dt, di/dt - surtensions. Solutions - sparer les cbles vhiculant des signaux diffrents - soigner la mise en uvre du cblage, lquipotentialit, maillage des masses - blinder - filtrer - protger contres les surtensions.

H e I Source S e = o.S dH dt o = 4.10-7

Classification des signauxGroupes distincts - groupe 4 : trs sensible - groupe 3 : sensible aux impulsions, perturbe le groupe prcdent - groupe 2 : peu sensible mais perturbe les groupes prcdents - groupe 1 : peu sensible mais perturbe les groupes prcdents.

cblage victime

Sources de champ magntique haute frquence - foudre - four induction - systme de commutation de puissance - dcharge lectrostatique. Remdes - rduction des surfaces de boucle de cblage - torsadage des cbles de nature identique - solutions du couplage champ lectrique.

INTERFACE

liaison analogique (capteur)

liaison numrique (bus)

E/S TOR

liaison de relayage

Quelques rgles de cblage importantes prconisesLanalyse de la situationProblme faire cohabiter courants forts / courants faibles. Risques perturber les liaisons courants faibles et llectronique associe : - dysfonctionnements (disponibilit, fiabilit) - erreurs de mesures, de transmissions - destruction de matriels.

SYSTEME

liaison de puissance (alimentations)

Les rgles de cblageRisques de diaphonie en mode commun si e < 3hcbles non blinds de groupes diffrents cbles blinds de groupes diffrents

Signaux incompatibles : cbles et torons diffrentspuissance + analogique numrique + relayage puissance + relayage numrique + analogique

ese m as

non

cran blindage

oui liaisons numriques liaisons analogiques

pl

an

de

h

liaisons de puissance liaisons E/S relayes

non

oui

diffrencier les groupes

Eloigner les cbles incompatibles

La sgrgation sapplique aussi aux raccordementsliaisons numriques liaisons analogiques c connecteurs

non

oui

croiser les cbles incompatibles angle droit

30 cm

1m

NON c borniers

OUI

cble cble "bruyant" "sensible"

cble "bruyant"

cble "sensible"

Rpartition des cbles dans une tablettetablettes mtalliques

Chemin de cbles mtallique

non

oui

I

la mise la masse des chemins de cbles doit tre parfaite de bout en bout

H courant fort courant faiblecbles de puissance ou bruyants cbles E/S TOR, relayages cbles de mesure ou sensibles

attention la diaphonie : ligne de champ courte = champ H fort I

penser la "sgrgation" des cbles

H

v cloisonnement

v cloisonnement capot

v goulottes spares et capotes

Le raccordement des blindagesA proscrire Acceptable Correct Idal

"queue de cochon"

"cavalier, collier, bride..." barre de masse relie au chssis

"cavalier, collier, bride..."

traverse de cloison = contact circonfrentiel sur tle quipotentielle

toutes les reprises de masse se feront sur une tle pargne blindage mal raccord = perte d'efficacit

La mise en uvre des filtresmontage sur isolant Montage sur isolant Queue de cochon Entres / sorties voisines

filtre SBotier E mtallique

non nontle quipotentielle Montage sur tle quipotentielle Entres / sorties spares

filtre SBotier E mtallique

oui

La valise magiqueLes principaux composants CEMLes condensateurs de classe X ou Y Les inductances de terre Le filtre modulaire

Les ferrites

Le ruban de cuivre adhsif colle conductrice

Le joint de porte "HF"

Etude de cas de perturbation par rayonnementPrenons le cas de deux ordinateurs en rseau (figure A) et examinons ce qui se passe lors dun coup de foudre. Supposons que la foudre tombe 200 m du btiment avec un di/dt de 25.109 A/s (Icrte = 25 kA ; tm = 1 s). Si la boucle, forme par le rseau 50 Hz et les liaisons numriques (figure A) prsente une surface de 50 m2 au champ impulsionnel, la f.e.m. dveloppe est :e= dH 0S di d = 0S = dt dt 2d dt 4.10-7.50 2.200 .25.109 = 1,25 kV

Perturbation dune liaison numrique par boucle inductive et remde.

Liaison numrique

H PE Alimentation

A. Boucle forme par le rseau et la liaison numrique.

Boucle de masse rduite

e=

Boucle entre masses

Elle est dangereuse pour les circuits metteursrcepteurs numriques et si la boucle est ferme, cest le courant rsultant qui va entraner des dtriorations. Quelle est la parade ? Minimiser la surface des boucles, cbles de puissance, cbles courants faibles ; en effet si la boucle est ouverte une tension dangereuse pour llectronique est dveloppe et si elle est ferme, le courant induit va (impdance de transfert) perturber le signal, voire dtruire les circuits meteurs-rcepteurs. La figure A montre que la boucle peut tre de grande dimension. Un conducteur daccompagnement, ou un chemin de cble ou un tube mtallique (figure B) permet de minimiser la surface de la boucle. Mais attention, on a ainsi cr une boucle entre masses. La liaison conductrice entre les deux quipements communicants doit donc tre de faible impdance pour ne pas dvelopper de tension induite entre les masses des quipements communicants (viter les queues de cochons) Il faut noter que si cette impdance de liaison est faible, elle va voir passer en cas de dfaut disolement une part importante du courant de dfaut. La solution est encore une fois le maillage des masses le plus intense possible pour diviser les courants, (figure C).Boucle de masses et entre masses rduites

B. Le chemin de cbles, connect aux masses des deux appareils, minimise leffet de courant induit avec la liaison numrique.

C. Utilisation de chemins de cbles parallles pour lalimentation et la liaison numrique : boucles rduites, plans rducteurs et effets attnus par maillage.

BibliographieCahiers techniques Schneider Electric La CEM.........................................................................................CT 149 Coexistence courants forts, courants faibles...............................CT 187 Perturbations harmoniques et leur traitement..............................CT 152 Harmoniques convertisseur et compensateur actifs....................CT 183 Manuel didactique CEM.........................................................ART. 62920 Les singularits de lharmonique 3............................................ paratre

Collection technique Les harmoniques et les installations lectriques.................MD1 HRM1F La compatibilit lectromagntique.....................................MD1 CEM1F

L'utilisation croissante de dispositif lectrique utilisant des semi-conducteurs, tant dans les installations industrielles que pour les besoins lectrodomestiques, est l'origine des perturbations harmoniques et lectromagntiques dans les installations lectriques mais aussi sur les rseaux de distribution et de transport. Les exigences des clients industriels et tertiaires en matire de qualit de courant lectrique sont de plus en plus fortes. Aux raisons techniques (dveloppement des automatismes et de l'informatique) s'ajoutent les besoins induits par les dmarches qualit, la recherche du zro dfaut, pour lesquels les utilisateurs doivent parfaitement matriser le fonctionnement de leur quipement.

Chasser les perturbations harmoniques et lectromagntiques devient une proccupation majeure des responsables d'exploitation. Le banc d'tude des perturbations des rseaux lectriques "HARMOCEM" rpond au besoin de formation sur les phnomnes Harmoniques et CEM quel que soit le niveau recherch, d'une simple sensibilisation par identification des pollueurs une investigation complte menant aux calculs et la mise en uvre des remdes.

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RfrencesComposition Banc d'tudes des perturbations des rseaux lectriques (notice,manuel pdagogique et matriels de mesure) Banc d'tudes des perturbations des rseaux lectriques livr avec analyseurs HF et BF Filtre actif harmonique Rfrence MDG99150 MD1AG150 MDG99159

Filtre actif harmonique

Banc dtude des perturbations des rseaux lectriques CEM et Harmoniques

Extrait du Manuel des activits pdagogiques

Sommaire gnral

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Introduction1.1 Perturbations provoques par les harmoniques 1.2 La CEM : gnralits 1.3 Comptences et stratgie pdagogiques

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Cours et TP Harmoniques2.1 TP 1 : tude de diffrentes charges dclairage 2.2 Harmoniques : cours de synthse 2.3 valuation harmoniques : QCM 2.4 TD : tude des perturbations harmoniques sur la distribution (lclairage) 2.5 TP 2 : tude des remdes 2.6 TP 3 : tude Harmoniques et compensation dnergie ractive 2.7 TP 4 : Influence de limpdance de source sur le taux de distorsion en tension

15

3

Cours et TP CEM3.1 Cours CEM

149

3.2 TP 1 : Mesure du rayonnement dun cble en sortie variateur 3.3 TP 2 : Mesure du rayonnement dun cble sur un cran cathodique 3.4 TP 3 : Mesure de lefficacit dune armoire CEM sur le champ rayonn 3.5 TP 4 : Mesure dmission conduite HF rinjecte sur le rseau 3.6 TP 5 : Corrlation entre mesure sur site et en laboratoire

Institut Schneider Formation / MDG9AD152 / 05-99

Banc dtude des perturbations des rseaux lectriques

1.3

Comptences et stratgie pdagogiques

A - Comptences du technicien dans ce domaineL'utilisation croissante de dispositif lectrique utilisant les semi-conducteurs, tant dans les installations industrielles que pour les besoins lectro-domestiques, est l'origine de perturbations harmoniques et lectromagntiques dans les installations lectriques mais aussi sur les rseaux de distribution et de transport. Les exigences des clients industriels et tertiaires en matire de qualit de courant lectrique sont de plus en plus fortes. Aux raisons techniques (dveloppement des automatismes et de l'informatique) s'ajoutent les besoins induits par les dmarches qualits, la recherche du zro dfaut, pour lesquels les utilisateurs doivent parfaitement matriser le fonctionnement de leur quipement. Chasser les perturbations harmoniques et lectromagntiques devient une des proccupations majeures des responsables d'exploitation.

s Pour ceci, en prsence d'un systme automatis, les schmas et la documentation technique tant fournis, un lectrotechnicien doit tre capable de : t H0 : Connatre les normes en vigueur BF et HF, le marquage CE, ainsi que leurs champs d'application ; t H1 : Connatre et savoir mettre en uvre les rgles de cblage et d'installation pour assurer la coexistence des diffrents courants (forts et faibles) ; t H2 : Choisir et Appliquer une stratgie de protection en fonction des donns constructeur (montage et remdes) ; t H3 : Identier, sur une installation, les supports de propagation des perturbations (courants forts et les courants faibles) ; t H4 : Identier les diffrents pollueurs et victimes de l'installation ; t H5 : Proposer un protocole d'investigation et de mesures sur site, face un problme de dysfonctionnement de l'installation ; t H6 : Dterminer, en fonction de critres prdnis, la stratgie de protection utilise sur l'installation, Calculer et Justier cette dernire.

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Introduction

1

B - Stratgie pdagogique Harmoniques/CEMH0 Niveau 4 Niveau 3 Niveau 2 Niveau 1 Information, comprhension du sujet ... Expression, matrise du savoir Matrise dun outil, dun savoir faire Connaissance o H1 o H2 H3 H4 H5 H6 o

Comprhension

o

o

Application

o

o

Matrise mthodologique Analyse dun dmarche Synthse Evaluation

o

o o o

Etude des charges dclairages Normes et rglementation Harmoniques La distribution : effet sur les composants Etudes des remdes

TP n1 Cours TD n1 TP n2 m m m m m m m m m m

m

m

m m m m m m m m m

Harmoniques et capa. de TP n3 cos Impdance de source La C.E.M. Les normes et directives Les couplages Les rgles de cblage et les SLT CEM TP n4 Cours 1 Cours 2 Cours 3 Cours 4

m m m m m m m m m m m m m m m m

m

Rayonnement dun cble TP n1 Influence du rayonnement dun cble Efficacit dune armoire CEM Mesure dmission conduite Corrlation Site/Laboratoire TP n2 TP n3 TP n4 TP n5

m m m m m11



C - Dveloppement de la stratgie pdagogique Harmoniques

Demarche inductive Apprentissage TP n1 Etude des charges d'clairages - Mise en place du vocabulaire - Dfinitions des paramtres importants H4,H5 Cette stratgie permet de stimuler l'intrt de l'lve sur les problmes de perturbations par une mise en vidence des phnomnes au travers d'une activit de TP, puis de faire passer le support sur la norme, plus lourd mais indispensable, par un cours de synthse. On travaille ensuite sur le transfert et le complment de connaissance sur des supports industriels.

Evaluation formative en cours de TP

NON Rsultats bons Lister les rsultats OUI

Etablir un nouveau contrat de formation

Cours n1 - Normes et rglementations - Diffrence entre facteur de puissance et cos - Etude d'une charge pollueuse H0,H1

Validation

Evaluation sommative QCM

NON Rsultats bons Lister les rsultats

OUI

Complment de cours

Transfert et complment de connaissance TD n1 Etude des perturbations harmoniques sur la distribution : effet sur les composants - Influence sur la continuit de service - Choix de l'appareillage de protection - Choix de la canalisation Complment technologique - les cbles industriels - la section des cbles H0, H3, H6 H0, H2, H4, H5, H6 H0, H3, H4, H5, H6 TP n2 Etude des remdes de filtrages - mise en vidence des perturabations harmoniques et rapport avec la norme - mise en oeuvre des remdes et analyse des effets - analyse technico-conomique TP n3 Etude de l'influence des harmoniques sur les condensateurs de compensations d'nergie ractive - tude de compensateur d'nergie ractive - mise en vidence des phnomnes de rsonnances, calcul - mise en place d'une self d'antirsonnance - rappel thorique sur l'antirsonnance TP n4 Influence de l'impdence de la source sur le TDHu - Importance du ratio puissance rcepteur / puissance source

H0, H2, H5

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Introduction

1

D - Dveloppement de la stratgie pdagogique CEM

Apprentissage

Cours "CEM" A - La CEM : dfinitions et rappels theoriques B - Normes et directives et marquages C - Les couplages : transmission des perturbations D - Les rgles de cblage et les SLT H0, H1, H2, H3, H4, H5, H6

Dmarche dductive Cette stratgie permet de prsenter les normes et directives CEM ainsi que les rgles de cblages sous forme d'un cours suffisament "imag" pour accrocher l'lve. On vrifie ensuite les phnomnes et les remdes par l'intermdiaire d'activits de travaux pratiques.

Validation

Evaluation sommative QCM

NON Rsultats bons

Complment de cours

OUI

Transfert et complment de connaissance Tp n1 Mesure du rayonnement d'un cble en sortie du variateur - Mise en vidence de l'efficacit d'un cble blind TP n2 Mesure du rayonnement d'un cble sur un ecran cathodique - Mise en vidence de l'intrt de regrouper les conducteurs TP n3 Mesure de l'efficacit d'une armoire CEM sur le champ rayonn - Mise en vidence de l'efficacit d'une armoire blinde H2, H5 TP n4 Mesure d'mision conduite HF rinjecte sur le rseau - Mise en oeuvre et intrt d'un filtre CEM TP n5 Etablir la corlation entre mesure en courant sur site et mesure en tension en laboratoire

H1, H2, H4, H5

H1, H2, H5

H0, H1, H4, H5

H0, H5


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2Cours et TP Harmoniques

2Chapitre

Cours et TP Harmoniques

Titre 2.1 2.2 2.3 2.4 TP 1 : tude de diffrentes charges dclairage Harmoniques : cours de synthse valuation harmoniques : QCM

page 17 46 57

TD : tude des perturbations harmoniques sur la distribution (lclairage) 58 TP 2 : tude des remdes 67

2.5 2.6

TP 3 : tude Harmoniques et compensation dnergie ractive 123 TP 4 : Influence de limpdance de source sur le taux de distorsion en tension 139

2.7


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2

2.1

TP 1 : tude de diffrentes charges dclairage

t ude des phnomnes harmon iq u esLieu Laboratoire dessai de dactivit systme Apprentissage

Conditions de s Scurit ralisation L'enseignant doit noncer de manire explicite les consignes de scurits. Pour rduire au maximum les risques d'origine lectrique : t Tous les points de mesure sont accessibles sur le cot de l'armoire par bornes de scurit. t Le raccordement des appareils de mesure doit tre ralis exclusivement par des cordons de scurit. s Matriels et documents utiliss t Le systme Banc d'tude des perturbations des rseaux lectriques CEM et Harmoniques, t Le dossier technique du systme, t Un analyseur d'harmoniques. s Pr-requis t Sensibilisation du risque lectrique.

Conditions de s Conguration du systme mesure t Raccorder le cble dalimentation de la partie oprative sur larmoire principale. t Utiliser des cordons de scurit pour raccorder l'analyseur harmonique aux bornes U1, permettant la mesure de la tension rseau. t Remplacer un des cavaliers I1 (phase ou neutre) par le cordon 10 spires fourni pour permettre la mise en place de la pince TI de l'analyseur harmonique et raliser la mesure du courant rseau. t Agir sur les commutateurs C1 C4 correspondants aux diffrentes charges d'clairage.

Objectif de t Acqurir le vocabulaire, les notions et les dnitions importantes lactivit lies ltude des phnomnes harmoniques au travers de ltude des charges dclairage. t H4 : Identier les diffrents pollueurs et victimes de linstallation. t H5 : Proposer un protocole dinvestigation et de mesures sur site.


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2.2

Harmoniques : cours de synthse

Ce cours sur les Harmoniques comprend : s Normes et rglementations s Rappel thorique dlectrotechnique s Etude dune charge non linaire (alimentation dcoupage)

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2.4

TD : tude des perturbations harmoniques sur la distribution (lclairage)

Lobjectif de ce TD est dtudier lincidence des harmoniques gnrs par lclairage sur une installation. On y abordera aussi la dtermination de la protection et de la section des cbles en fonction des diffrentes technologie dclairage.

Ce TD est structur comme suit : A - Sur une installation industrielle ne prsentant pas de courant harmoniques B - Sur une installation prsentant des courants harmoniques C - Rappels de quelques dnitions pour la dtermination de la section dun cble D - Informations sur le choix des cbles par rapport aux types de disjoncteur E - Prcautions prendre pour ltude dune installation prsentant des courants harmoniques (alimentations dcoupage par exemple)

58



2

2.5

TP 2 : tude des remdes

t ude des phnomnes harmon iq u esLieu Laboratoire dessai de dactivit systme Transfert et complment de connaissance

Conditions de s Scurit ralisation L'enseignant doit noncer de manire explicite les consignes de scurits. Pour rduire au maximum les risques d'origine lectrique : t Tous les points de mesure sont accessibles sur le cot de l'armoire par bornes de scurit. t Le raccordement des appareils de mesure doit tre ralis exclusivement par des cordons de scurit. s Matriels et documents utiliss t Le systme Banc d'tude des perturbations des rseaux lectriques CEM et Harmoniques, t Le dossier technique du systme, t Un analyseur d'harmoniques, un ampremtre non RMS, un ampremtre RMS. s Pr-requis t Sensibilisation du risque lectrique. t Connaissance des normes et dnitions lies ltudes des harmoniques. t Connaissance de base de llectrotechnique.

Conditions de s Conguration du systme mesure t Raccorder les deux armoires par : - le cble dalimentation de la partie oprative. - le cble dalimentation du variateur repr (raccord CEM). t Utiliser des cordons de scurit pour raccorder l'analyseur harmonique aux bornes U1, pour raliser la mesure de la tension rseau, t Remplacer les cavaliers I1 (phase ou neutre) et IFP par un cordon de scurit pour permettre la mise en place de la pince TI de l'analyseur harmonique et raliser la mesure du courant rseau. t Agir sur les boutons poussoirs correspondant aux diffrents ltres mis en oeuvre. t Remplacer un des cavaliers IM courant de sortie VV par un ampremtre RMS pour raliser la mesure du courant de charge rgl par le frein poudre. Objectif de t Mise en oeuvre et analyse des diffrents remdes. lactivit t H0 : Connatre les normes en vigueur BF et HF, le marquage CE, ainsi que leurs champs dapplication ; t H2 : Choisir et appliquer une stratgie de protection en fonction des donnes constructeur (montage et remdes) ; t H4 : Identier les diffrents pollueurs et victimes de linstallation ; t H5 : Proposer un protocole dinvestigation et de mesures sur site ; t H6 : Dterminer, en fonction de critres prdnis, la stratgie de protection utilis sur linstallation et justier cette dernire.Institut Schneider Formation / MDG9AD152 / 05-99

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tude des phnomnes harmoniques


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Procdure de dmarrage du variateur ATV18 et de freinage du moteur par frein poudre.Sur larmoire de commande t Mise sous tension du variateur par le bouton poussoir I/O situ sur la face avant. t ordre de dmarrage, de sens rotation et darrt du moteur par le commutateur trois positions AV, O, AR situ sur la face avant. Sur la partie oprative t validation et rglage du freinage du moteur. t Validation ou arrt du freinage par action sur le commutateur C5. t Rglage du freinage par le potentiomtre P1. Le freinage sera rgl pour ajuster le courant de sortie du variateur par exemple IN = 2,1A grce un ampremtre situ en srie sur un cavalier de sortie IM. Note : Lors des manipulations, il est conseill pour arrter ou dmarrer le moteur, de se servir du commutateur AV, O, AR et non pas du BP (I/O) de faon viter de solliciter trop frquemment la protection de ltage dentre du variateur.

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2


TP 2 : tude des remdes A - Mise en vidence du pollueur

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s Vous tes concepteur de l'armoire d'alimentation d'une MAS, en BT, < 16 A donc soumis une rglementation produit avec des restrictions par cordon (CEI 61000-3-2). Analyse de l'installation t Armoire sans ltre : points de mesure U1-I1. 1 - Mettre en vidence, grce au schma, la chane de transfert de l'nergie lectrique. t Utiliser un surligneur pour suivre le parcourt de l'nergie sur le schma puis complter la reprsentation suivante :

Rseau dalimentation

Monophas 240V 50Hz

Modulateur dnergie lectrique ATV 18 monophas

Convertisseur dnergie lectrique / mcaniqueMAS triphas

Tension xe Frquence xe

Tension variable Frquence variable

2 - Relever en toute scurit la valeur du courant de ligne avec un appareil non RMS (i1) puis un appareil RMS (i2). t Que constate t-on ?

i1 i2, il est donc important de prendre le bon appareil de mesure.3 - Relevez en toute scurit l'allure du couple tension/courant sur la ligne d'alimentation. t Le courant est-il sinusodal ? On constate que le courant est alternatif non sinusodal. Cette allure permet dexpliquer la diffrence de relev constat la question 1 par la prsence dharmoniques. 4 - En fonction de ces informations, la charge que constitue cette armoire est-elle une charge linaire ? t Identier l'lment pollueur de cette installation. La charge n'est pas linaire et le pollueur est le modulateur ATV 18.


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tude harmonique :

s Utilisation d'un analyseur de spectre. Raliser en toute scurit le relev des paramtres suivant l'aide d'un analyseur, les paramtres de lalimentation en nergie lectrique du coffret aux points de mesure U1I1. Lanalyseur nous offre de nombreuses mesures, nous nous limiterons aux valeurs suivantes : t TDH pour le taux de distorsion de tension et de courant par rapport au fondamental (THD Fund), t le courant efcace (IRMS), t H1 pour le fondamental, t le Facteur de Puissance (PF), t le Cos (DPF), t Le facteur de crte (CF), t la puissance active (KW), t la puissance apparente (KVA), t ainsi quaux allures de la tension, du courant, de la puissance et de leur spectre harmonique. t Exploitation des relevs :

TDHu (%) TDHi (%) IRMS

IH1 (A) IH3 (A) IH5 (A) IH7 (A) IH9 (A) PF

Cos

P (kW)

Q (kVA)

3,3

108,2

4,96

3,36

2,74

1,8

0,96

0,7

0,65

0,98

0,72

1,12

70



2



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t Mesure de la tension en U1


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t Mesure de la tension en I1 t VV In t Spectre riche

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2



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2



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Travail sur les relevs :

5 - Notre installation est-elle conforme la norme ? t Quel paramtre est important ?

Notre armoire n'est pas conforme. CEI 61000-3-2 : norme d'mission pour l'appareillage BT < 16 A : IH3 < 2,3 A Note : elle serait conforme en milieu industriel avec une distribution prive (grande parties des applications).6 - Comparer la valeur IH1 avec le relev du courant effectu par l'appareil non RMS (i1). t Que peut-on en conclure ? IH1 = i1, un appareil non RMS mesure le fondamental du courant 7 - Comment calculer IRMS en fonction du spectre harmonique ?

IRMS =

( IHn )

2

8 - Rechercher les dnitions de FP et de cos . t Que traduisent ces deux valeurs ?

Il n'y a pas de dphasage en amont d'un variateur de vitesse cos = 1 mais la richesse du spectre harmonique dgrade fortement le facteur de puissance PF = 0,68.9 - Analyse des spectres : t Expliquer la pauvret du spectre de puissance et conclure sur le transport de l'nergie active.

La puissance active est la somme des puissances actives dues aux tensions et courants de mme rang. Dans notre cas, malgr un spectre de courant trs riche, la puissance active ne transite que par le fondamental. Ceci sexplique par la tension qui est sinusodale donc uniquement compos du fondamental. P = URMS.IRMS.PF = UH1.IH1. cos + UH2.IH3. cos2 + UHn.IHn. cosn + avec UH2 = 0 UHn =0.


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TP 2 : tude des remdes B - Etude du pollueur

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Le gnrateur d'harmoniques est un convertisseur de frquence (CdF) ATV 18.

1 - Expliquer son rle en donnant le principe de variation de vitesse d'une MAS. 2 - A l'aide des documents constructeur, complter le synoptique interne du modulateur.

1

3 2

Rseau mono alternatif, tension et frquence xes Redresseur

Rseau tri frquence et tension variables OnduleurC/H_I18

Filtre

1 - Convertisseur alternatif/continu fixe, gnralement constitu par un pont de diode. 2 - Filtre constitu par une batterie de condensateur. 3 - Convertisseur continu/alternatif modulation de largeur dimpulsion MLI constitu de transistors IGBT. Ce pont onduleur a pour but de fournir au moteur un systme de tension alternative triphase damplitude et de frquence variables.t Analyse des paramtres constructeur : Rseau U1 200 U2 240 Courant de ligne (A) U1 4,4 U2 3,9 0,37 kW 0,5 HP Moteur Puissance indique sur la plaque ATV 18U09M2 Courant de sor- Courant transitie permanent toire (A) (A) 2,1 3,1 Puissance dissipe charge nominale (W) 23

monophas 50/60 Hz

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2



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3 - Calculer la puissance active absorbe par le variateur pour une tension rseau U2 de 240 V. Dcoder les paramtres constructeur et utiliser lun des deux facteurs suivant : FP = 0,65 ou cos =0,98.

Pa = Ueff.Ieff.FP = 226 x 4,96 x 0,65 = 728W4 - Calculer la puissance de sortie du variateur (Pu), pour un courant de sortie sinusodal, une tension efcace de sortie de 240 V, le facteur de puissance est li au cos impos par la charge soit 0,6.

Pu = 240 x 2,1 x 0,8 x 3 = 698 W On retrouve bien les 23W de puissance dissip la charge nominale dans le variateur.

5 - Que reprsente la puissance de 0,37 kW indique sur le variateur ?

Elle reprsente la puissance disponible sur larbre moteur en prenant un rendement de lordre de 0,6.


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Les remdes industriels envisageables

s Solutions gnrales : s abaisser les impdance des harmoniques s agir sur la structure de linstallation : t augmentation de la puissance de court-circuit t choisir le bon schma de liaison la terre t utilisation de transformateurs spciques t conner les charges polluantes t dclassement des quipements s Solution de neutralisation : s protection des condensateurs de compensation dnergie ractive t Installation de self anti-harmoniques (SAH) s ltrage anti-harmoniques : t lisser le courant t ltrage passif shunt rsonnant t ltrage actif t ltrage hybride

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2


TP 2 : tude des remdes C - Les remdes

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Les relevs prcdents mettent en vidence que le taux de distorsion en courant, lentre du redresseur, est trop important. Il est donc ncessaire de rduire les courants harmoniques. Pour ce faire, quatre mthodes sont utilises : t mettre une inductance supplmentaire lentre du redresseur pour attnuer globalement lamplitude des harmoniques ; t utiliser un Filtre Passif accord sur une frquence particulire, riche en harmonique ; t utiliser un Filtre Actif capable de balayer tout le spectre harmonique ; t utiliser un Filtre Hybride pour optimiser le ltrage.

Mise en place dune inductance lentre du redresseur : lissage du courant

Il est possible de limiter les courants harmoniques de certains convertisseurs en intercalant entre leur point de raccordement et leur entre une inductance dite de lissage. Cette disposition est utilise en particulier pour les redresseurs avec condensateurs en tte ; l'inductance pouvant mme tre propose en option par les constructeurs. 1 - Que prconise le constructeur et comment justie t-il l'emploi d'une inductance de ligne ? (catalogue ATV18)

Rduction du taux d'harmoniques et protection contre les surtensions rseau, norme EN 50178, la valeur de la self est dfinie pour une chute de tension comprise entre 3 et 5 % de la tension nominale du rseau pour viter une perte de couple du moteur. Inductance propose 10 mH 4A


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2 - Raliser en toute scurit le relev des paramtres suivant l'aide d'un analyseur, les paramtres de lalimentation en nergie lectrique du coffret aux points de mesure U1I1. Lanalyseur nous offre de nombreuses mesures, nous nous limiterons aux valeurs suivantes : t TDH pour le taux de distorsion de tension et de courant par rapport au fondamental (THD Fund), t le courant efcace (IRMS), t H1 pour le fondamental, t le Facteur de Puissance (PF), t le cos (DPF), t Le facteur de crte (CF) t la puissance active (KW), t la puissance apparente (KVA), t ainsi quaux allures de la tension, du courant, de la puissance et de leur spectre harmonique. t Exploitation des relevs : 0,89 TDHi (%) IRMS IH1 (A) IH3 (A) IH5 (A) IH7 (A) IH9 (A) PF Cos P (kW) Q (kVA)

3

59,8

3,95

3,38

1,92

0,5

0,34

0,14

0,82

0,95

0,95

0,72

3 - Comment volu le TDHi de l'installation ? t Commenter l'volution des IH, de FP et du cos .

La self permet de lisser le courant mais n'annule pas les harmoniques, le TDHi est pratiquement divis par 2, on se rend bien compte que la self n'agit pas sur le fondamental mais attnue fortement les harmoniques donc permet d'amliorer le PF sans trop dgrader le Cos . Lutilisation dinductances de ligne en amont des convertisseurs de frquence a les effets suivants : - Rduction des harmoniques de courant et donc de la valeur efficace du courant demand au rseau. - Conservation de la valeur de IH1 (fondamental) pour maintenir le couple moteur. - Augmentation du facteur de puissance FP sans introduire de dphasage cos reste constant. - Diminution du facteur de crte.80Institut Schneider Formation / MDG9AD152 / 05-99


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4 - Calculer la valeur de la self en fonction des donnes constructeur. s Calcul de la valeur de self t chute de tension : u total admissible pour maintenir le couple moteur 3% de 240V u 7Vu 7 t L1 = ----------------- = ------------------------------- = 10mH Ih1 2 50 2, 4

s Calcul courant de la self L1 t IeffL1 = Ieff du variateur = 4A t Nota : tenir compte des ventuels courants harmoniques pr-existant sur le rseau t Choix de L1 : n 18175 AGECELEC ; 15 mH ; 6,5A. Note : le choix volontaire dune self plus forte a t faite des ns pdagogiques de faon mieux visualiser le TDHu (cf question 4), par contre le couple moteur sera lgrement diminu.


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t Mesure sur rseau t L1 = 15 mH t VV IN t IN = courant nominal = 2,1A t Lgre attnuation de tout les spectres82Institut Schneider Formation / MDG9AD152 / 05-99


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s Principe Utilisation de ltres passifs d'harmoniques : Une mesure prliminaire est ncessaire pour accorder le ltre et pour vrier que le rseau n'amne pas d'harmoniques qui pourrait saturer le ltres. Il s'agit ici d'utiliser un condensateur en srie avec une inductance de faon obtenir l'accord sur un harmonique de frquence donne. Cet ensemble plac en drivation sur l'installation prsente une impdance trs faible pour sa frquence d'accord, et se comporte comme un court-circuit pour lharmonique considr. Il est possible d'utiliser simultanment plusieurs ensembles accords sur des frquences diffrentes an d'liminer plusieurs rangs d'harmoniques. D'apparence simple ce principe demande toutefois une tude soigne de l'installation car si le ltre se comporte bien comme un court-circuit pour la frquence dsire, il peut prsenter des risques de rsonnance avec les autres inductances du rseau sur d'autres frquences et ainsi faire augmenter des niveaux d'harmoniques. t Schma de principe :IH Lsu L1 I'H I''H L2 C1C/H_I20

LF

Principe : La branche parallle du ltre est constitue dun circuit accord sur lharmonique le plus important qui prsentera une impdance nulle pour ce dernier. La branche srie du ltre comporte une inductance L1 destine raliser un dcouplage de la branche parallle vis--vis de la source.


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t En appelant Zpn et Zsn les impdances des branches parallle et srie du ltre pour lharmonique de rang n, et si le courant gnr par le redresseur pour ce rang est IHn, le courant fourni par la source est : IHn = I'Hn. (Zpn / (Zpn+Zsn) - pour lharmonique accord, limpdance parallle est nulle. Tout le courant dharmonique traverse donc la branche parallle du ltre et cet harmonique naffecte plus les autres utilisations. - pour lharmonique suprieur, du fait de la proximit de laccord, limpdance parallle est encore faible et une grande partie de cet harmonique est aussi limine. - enn, pour les harmoniques de rangs levs, limpdance parallle du ltre est trs proche de celle de son inductance Lp : le ltre fonctionne en diviseur de courant. Pour les harmoniques de rangs levs : IHn = I'Hn. L2 / (L2 + L1 + Ls). Si L2 est choisi de faon avoir : L2 = Ls + LF, alors IHn = 0,5.I'Hn

HT

I harmonique


M Gnrateur d'harmonique (Gh) Filtre harmonique

t Rang daccord des ltres harmoniques : - rangs 5 et 7 en triphas - rangs 3 et 5 en monophas

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TP 2 : tude des remdess Mesure

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1 - Mettre en service les selfs L1 et le ltre passif L2-C1 (ltre accord sur lharmonique de rang 3. Raliser en toute scurit le relev des paramtres suivant l'aide d'un analyseur les paramtres de lalimentation en nergie lectrique du coffret aux points de mesure U1I1 (sur le rseau). TDH pour le taux de distorsion de tension et de courant par rapport au fondamental (THD Fund), le courant efcace (IRMS), H1 pour le fondamental, le Facteur de Puissance (PF), le cos (DPF), le facteur de crte cos, la puissance active (KW), la puissance apparente (KVA). Ainsi que lallure de la tension, du courant, de la puissance et de leur spectre harmonique. TDHu (%) TDHi (%) IRMS IH1 (A) IH3 (A) IH5 (A) IH7 (A) IH9 (A) PF Cos P (kW) Q (kVA)

3,4

19,6

3,78

3,7

0,47

0,48

0,10

0,22

0,88

0,89

0,74

0,85

2 - Comment volu le TDHi de l'installation ? t Commenter l'volution des IH, de FP et du cos .

Le ltre passif permet de taper sur un rang harmonique mais ne traite pas tout le spectre, le TDHi est pratiquement divis par 4, on se rend bien compte que le fondamental n'est pas affect, que le ltre est accord sur le rang 3 (frquence de rsonance) mais agit aussi sur les rangs proches (5,7,9) le PF et le Cos j sont pratiquement unitaire. On tient largement la norme 1 A de IH3. Lutilisation du ltre passif en amont des convertisseur de frquence a les effets suivants : - Rduction des harmoniques de courant et donc de la valeur efficace du courant demand au rseau. - Conservation de la valeur IH1 (fondamental) pour maintenir le couple moteur. - Augmentation du facteur de puissance FP. - Diminution du facteur de crte.


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t Mesure sur rseau en I1. t VV seul IN. t Filtre passif connect avec L2 = 46mH. t Rduction trs forte du rang 3 grce au ltre passif accord sur ce rang. t Le reste du spectre demeure.88



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3 - Mesurer en toute scurit, laide dun analyseur dharmoniques, les paramtres du ltre passif aux points de mesure U1 IFP

t Mesure I dans le ltre passif. t VV IN t avec L1 = 15 mH et L2 = 46 mH t Ih3 lev dans le ltre passifInstitut Schneider Formation / MDG9AD152 / 05-99

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s Calcul du ltre passif t Introduction:Z

La branche parallle du ltre constitue d'un condensateur Cp en srie avec une inductance Lp une impdance complexe Zp = r + j (L - 1/C) O r est la rsistance de l'inductance Lp. L'tude de cette impdance en fonction de la frquence prsente : - une valeur minimale rsistive la frquence de rsonance fr ; - une impdance capacitive pour les frquences infrieures fr ;r

- une impdance inductive pour les frquences suprieures fr ;frquence fr IZI raie liminer raie

L'objectif est daccorder ce ltre sur le rang le plus riche en harmoniques, ainsi ce courant produit par la charge se dirige vers le ltre et non vers le rseau. Le ltre est donc un absorbeur de courants harmoniques. L'ensemble de linstallation prsente une impdance A dont le comportement reprsent sur le graphe suivant : ou l'on met en vidence une frquence d'anti-rsonnance ou Z a une impdance maximale. Il est important de bien connatre le spectre harmonique pour caler correctement notre ltre. Dans notre cas celui-ci est dterminer pour une liminer les IH3 donc accord sur 150 Hz. Il faut : - bien vrier que l'anti-rsonance n'est pas sur un rang riche en harmoniques ; - tenir compte des harmoniques prexistantes sur le rseau qui pourraient entraner un chauffement supplmentaire des condensateurs ;

Rmax 0 r fr f (Hz)

frquence d'anti-rsonnance


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TP 2 : tude des remdest Calcul

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s Spectre Harmonique de lATV18 (370W) IRMS ligne IH1 IH3 IH5 IH7 IH9 = 4A = 2,4A = 2,3A = 2A = 1,8A = 2,3A

1 - Calcul de la puissance apparente SN (dentre) de lATV18. t Sans la self de ligne L1 : S(KVA) = Ueff.Ieff = 240 X 4 = 960VA. t Avec la self de ligne L1 : Cette self limite le spectre harmonique par consquent la puissance apparente va tre rduite. Cette self doit tre obligatoirement associe au ltre passif de faon saffranchir par dcouplage impdant des variations de courants harmoniques pr-xistants sur le rseau. Le ltre passif sera ainsi dimensionner que pour les seuls harmoniques gnrs par la charge dpolluer. t Calcul de SN : La valeur du condensateur de ltre tant dtermine sur le fondamental : SN = U1.I1 = 240. 2,4 = 570 VA 2 - Calcul de QC. s Hypothse de travail : t Si prsence de condensateur de compensation dnergie ractive sur linstallation : (QC / SN) < 15% avec QC ltre passif et SN puissance du transformateur dalimentation. t Si absence de condensateur : (QC / SN) < 30% avec QC ltre passif et SN puissance du transformateur dalimentation.

Sans self de ligne Un = 240V

Note :

si la puissance de la charge est trs infrieure de celle du transformateur dalimentation pour calculer QC, on choisira le SN de la charge. Ce sera le cas dans notre application.QC --------- < 30 % donc QC = 170 VAR 570

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TP 2 : tude des remdes3 - Calcul de C1 Q = U2.C170 Q C = --------------- = ---------------------------------- = 7, 4F 2 2 270 2 50 U

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4 - Calcul de la tension de dimensionnement Ud du condensateur C1n Ud = U ( 50Hz ) -------------- + 2 n 12 2 n=

Uhn

2

n=2

n Ud = U ( 50Hz ) -------------- + Uh3 + Uh5 2 n 1 n Le terme -------------- permet de tenir compte de la surtension de la self 2 n 12

sur la circulation des courants harmoniques. Dans notre cas on prendra n = 3 car ltre de rang 3 doncn -------------- = 1, 125 2 n 1 2, 3 -------t Calcul de Uh3 = Ih3 = --------------------------------------------------- = 330V 6 C 7, 4 10 2 1502

t Calcul de Uh5 : Par hypothse nous xerons une valeur de 30% de circulation de Ih5 dans le ltre.Ih5 0, 3 2 0, 3 Uh5 = ---------------------- = --------------------------------------------------- = 51V 6 C 7, 4 10 2 250

t Calcul de Ud Ud = (240 x 1,125) + 330 + 51 = 651V Note : laddition est faite algbriquement de faon prendre une marge de scurit. Cette tension est trs leve pour cette faible valeur de condensateur et ne correspond pas un produit standard. Nous opterons pour une valeur standard de condensateur de 24,8F. Cette donne technologique modie les hypothses de dpart et permettra dabaisser la tension de dimensionnement Ud.Institut Schneider Formation / MDG9AD152 / 05-99

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t Nouveau calcul de UdIh3 2, 3 Uh3 = -------- = ------------------------------------------------------ = 98V 6 C 24, 8 10 2 150 Ih5 0, 3 2 0, 3 Uh5 = ---------------------- = ------------------------------------------------------ = 15V 6 C 24, 8 10 2 250 9 Ud = 240 ----------- + 98 + 15 = 385V 91

5 - Calcul de dimensionnement en courant de la capacit C1 Ieff =IcH1 + IcH3 + IcH52 2 2

(dans la capa)

IcH1 = U1C1 = 240. 24,8. 2. 50 = 1,8A IcH3 = U3C3 = 98. 24,8. 2. 150 = 2,3A IcH5 = U1C5 = 2. 0,3 = 0,6A Ieff =1, 8 + 2, 3 + 0, 62 2 2

= 3A

t Choix du condensateur C1 : RECTIPHASE : rfrence D12A 3,3A ; 600V ; 50Hz ; 24,8F Ce condensateur standard est adapt la nouvelle tension de dimensionnement Ud. 6 - Calcul de la self L2 LC2 = 1 laccord au rang 3 = 150 hz.1 1 L = ---------- = -------------------------------------------------------------- = 46mH 2 6 2 C 24, 8 10 ( 2 150 )

t Nota : on peut tenir compte de la drive de la valeur du condensateur dans le temps en accordant le ltre une valeur lgrement infrieur au rang 3 (par exemple 2,95). t Choix de la self L2 : AGECELEC n181120 ; 46mH ; 3,5A96Institut Schneider Formation / MDG9AD152 / 05-99


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Le compensateur actif : explication du fonctionnement thorique.

s Prsentation du compensateur actif s L'objectif est de minimiser - sinon d'annuler - au point de raccordement les harmoniques du courant (ou de la tension), par injection d'un courant (ou d'une tension) complmentaire. s Sous rserve que le dispositif soit apte injecter tout instant un courant dont chaque composante harmonique est de mme amplitude que celle du courant dans la charge, et de phase oppose, alors la loi de sommation des courants en A garantit que le courant fourni par la source est purement sinusodal. L'association charges perturbatrices + compensateur actif constitue une charge linaire.

Courant source iF

Courant charge iF+ iH

iF

iF + iH

Source

charge polluante compenser iHC/H_I25

Courant compensateur iH

compensateur actif d'harmoniques

s Ce type de dispositif est particulirement bien adapt la dpollution des rseaux BT, et ce quel que soit le point de raccordement choisi et le type de charge (car ce dispositif est auto-adaptatif). Le compensateur actif shunt constitue une source de courant indpendante de l'impdance rseau, et qui prsente les caractristiques intrinsques suivantes :


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t sa bande passante est sufsante pour garantir la suppression des composantes harmoniques majoritaires (en termes statistiques) du courant de la charge. Typiquement, nous considrons que la plage H 2 - H 23 est satisfaisante ; car plus le rang est lev, plus le niveau de l'harmonique est faible. t son temps de rponse est tel que la compensation harmonique soit effective non seulement en rgime tabli, mais encore en rgime transitoire lent (quelques dizaines de ms), t sa puissance permet d'atteindre les objectifs de dpollution xs, ce qui ne signie pas ncessairement la compensation totale et permanente des harmoniques gnrs par la (ou les) charge(s). Sous rserve que ces trois objectifs soient simultanment atteints, alors le compensateur actif shunt constitue un excellent dpollueur, car auto-adaptatif, et ne prsentant aucun risque d'interaction avec l'impdance rseau.

Schmas de principe

HT

I harmonique


M Gnrateur d'harmonique (Gh)

Compensateur actif 5 7

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Informations sur l'tat du rseau Configurations Rglages lis l'exploitation didactique Rseau d'alimentation

Mesure courant

Mesure tension Compensation partielle ou totale Rseau perturb (mesure) Charge Compensateur Actif Affichage des paramtres

Schma de principe unifilaireSource Filtre HF Lf DJ Rf TI Extraction des harmoniques lh Rgulation et contrles Udc K1 lm R1 Convertisseur K2 LEM T1 C2

T2 C3

Charge ELECTRONIQUE DE COMMANDE

Gnration des signaux de commande

Signaux de commande T1 / T2


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s Descriptif Technologie du ltre actif Transistor de type IGBT (Insolated Gate Bipolar Transistor) Mixage des technologies MOS et bi-polaire permettant de runir lavantage du bi-polaire (bonne capacit de sortie en courant) e MOS (Rapidit, faible consommation de courant de commande)

H22 Interfaces d'alimentation

Compensateur actif dharmoniques SineWaveTM de 20 480 A

de la marque MGEUPSPrsentationLe compensateur actif dharmoniques SineWave de 20 480 A permet une dpollution harmonique des installations de 10 2000 kVA. Principe de fonctionnement Le compensateur actif analyse les harmoniques consomms par la charge et restitue ensuite cette dernire le mme courant harmonique avec la phase convenable. Consquence : au point considr, il y a neutralisation complte des courants harmoniques. Ainsi, ces courants ne circulent plus en amont et ne sont plus fournis par la source. SineWave rduit les harmoniques en courant dans un rapport de 10 pouvant aller jusqu 20 en fonction de la nature des charges. Cette compensation des harmoniques va du rang 2 jusquau rang 25 et donne ainsi une large plage de rglage en fonction de chaque type de charge. 2 modes de fonctionnement sont possibles : c compensation globale c compensation dun rang dtermin. SineWave contribue aussi lamlioration du cosinus et du facteur de puissance apportant ainsi une rduction du cot de lnergie. Intgration dans linstallation Lencombrement de SineWave est rduit. Il peut se placer sur un mur, dans un tableau ou dans une armoire lectrique. SineWave sadapte automatiquement toute charge monophase ou triphase, informatique, clairage fluorescent, variateurs de vitesse... Il est compatible avec tout rseau triphas dalimentation. Son raccordement en parallle sur le rseau ne ncessite aucune coupure de la partie puissance (capteur ouvrant) et peut se situer en nimporte quel point de linstallation (tableau gnral basse tension, tableaux divisionnaires, coffrets de distribution terminale). Plusieurs compensateurs peuvent tre rpartis dans une mme installation afin de renforcer lefficacit de la dpollution (par exemple en cas dinsertion dune nouvelle machine). On peut mettre en parallle jusqu 4 compensateurs actifs SineWave ou les brancher en cascade. Interface homme-machine Linterface homme-machine (IHM) en face avant de SineWave permet : c laide la mise en service et la maintenance c le paramtrage (langue de laffichage, type de compensation harmonique) c lexploitation (tats, mesures, alarmes, commandes). Cet IHM est dtachable (cordon de 3 mtres) et peut tre install sur la face avant du tableau contenant SineWave. Par ailleurs, la commande distance est possible par contacts secs et liaison srie RS 485 (en option).

n

Fonctionsc Compensation des harmoniques : globale ou rang par rang (paramtrable). c Compensation du facteur de dphasage (cos ) (paramtrable). c Paramtrage du type de charges : informatique, redresseur... c Compensation du facteur de puissance. c Technologie IGBT et contrle par circuit DSP. c 3 DEL de signalisation du fonctionnement. c Afficheur alphanumrique 7 langues. c Systme de diagnostic et de maintenance. c Menu de configuration et paramtrage. c Relayage pour report distance. c Commande distance (verrouillable). c Conformit aux normes et marquage CE. c Redondance et mise en parallle. c Grande varit de capteurs de courant. c Interface de communication JBUS / RS 485 (option).

Etudes des alimentations sans interruption : page K(1k).Schneider - Catalogue distribution BT 98

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H23

1

Caractristiquescapacit de compensation par phase capacit de compensation dans le neutre (1) entre rseau tension nominale (2) frquence nominale nombre de phases capteurs de courant caractristiques techniques courants harmoniques compenss taux dattnuation harmonique compensation du cos temps de rponse surcharge courant dappel pertes bruit acoustique (ISO 3746) couleur conditions denvironnement temprature de fonctionnement humidit relative altitude de fonctionnement normes de rfrence construction et scurit conception protection compatibilit lectromagntique mission conduite et rayonne immunit aux dcharges lectrostatiques immunit aux champs rayonns immunit aux ondes de choc SW20 n 20 A eff 60 A eff SW30 n 30 A eff 90 A eff SW45 n 45 A eff 135 A eff SW60 n 60 A eff 180 A eff SW90 n 90 A eff 270 A eff SW120 n 120 A eff 360 A eff

400 V - 20 + 15 % 50 Hz, 60 Hz, +/- 8 % 3 phases avec ou sans neutre (fonctionnement possible sur charges monophases ou dsquilibres) calibres de 300/1 4000/1 rang 2 25, compensation globale ou rang par rang THDI charge /THDI rseau suprieur 10, capacit nominale du compensateur jusqu 1.0 < 40 ms limitation au courant nominal, fonctionnement permanent en limitation possible < 2 fois courant nominal crte 1000 W 1300 W 2100 W 2600 W 4200 W < 55 dBA < 55 dBA < 60 dBA < 60 dBA < 65 dBA RAL 9002 0 30 C permanent, < 25 C recommand 0 95 % sans condensation < 1000 m EN 50091-1 CEI 146 IP 30 suivant CEI 529 EN 55011 niveau A CEI 1000-4-2 niveau 3 CEI 1000-4-3 niveau 3 CEI 1000-4-4 et CEI 1000-4-5 niveaux 4

5200 W < 65 dBA

(1) Capacit maximum sur charge informatique de type PC, et sur rseau triphas quilibr. (2) Autres tensions 208 V, 220 V, 480 V disponibles sur demande.

Schneider - Catalogue distribution BT 98


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Note dexploitation et paramtrage du ltre actif

- Programmation du compensateur actif s Mise sous tension par linterrupteur face AR s Mise en service de lappareil t Mise en marche : Touches RUN + ENT t Mise larrt : Touches

STOP

+ ENT

s Paramtrages des rangs dharmoniques : modication de la programmation t Dplacement dans le menu gnral avec les touches jusqu CONFIGURATION t Validation par la touche ENTER t Entrer le mot de passe : taper 5555 au clavier + ENT t Dans le nouveau menu de conguration, rechercher le paramtre CHOIX DES HARMONIQUES avec les touches + ENT

t Slectionner les rangs dharmoniques dsirs avec les touches F2 = OUI ; F3 = NON ; + ENT en n de programmation

t Conrmation de la mmorisation (MEM) de cette programmation : F2 + ENT FIN DE PROGRAMMATION s Nota : t Programmer H2 H25 = NON ; Filtre Actif Seul Programmer H2 / H3 = NON ; H4 H25 = OUI ; Filtrage Hybride Passif + Actif

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- Procdure de Marche / Arrt du ltre actif : t Mise sous tension de lappareil par linterrupteur face AR LED

! allume (prsence tension)

Nota : la charge est alimente par le rseau EDF t Mise en marche par les touches RUN + ENT ; LED me (ltre actif en service) allu-

t Mise larrt par les touches (prsence tension)

STOP

+ ENT ; LED

! allume

Nota : la charge est alimente par le rseau EDF t Fonctionnement en surcharge : LED contrle ! allume lorsque lappareil centrale dpasse sa capacit de dpollution, environ 2A de courant harmonique


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Mesure

t Mettre en service le ltre actif et paramtrer celui-ci pour balayer lensemble du spectre. t Mesurer en toute scurit, laide dun analyseur dharmoniques, les paramtres de lalimentation en nergie lectrique aux points de mesure U tension, I rseau et I ltre situs sur le compensateur actif et non plus sur les points test U1I1 de larmoire de commande. Choix des harmoniques : OUI sur tous les rangs t Raliser pour les trois situations suivants : - Faiblement charg - Filtre actif en limite de surcharge - A In moteur t Relev et analyse : In Variateur, le ltre est en surcharge donc ne dpollue pas compltement notre installation.

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t Mesure sur I Rseau (sur compensateur actif) t VV seul faiblement charg t Filtre actif seul programm des rangs H2 H25 t Dpollution totale du spectre


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t Mesure sur I Rseau t VV seul t Filtre actif en limite de surcharge (1,7A RMS) programm des rangs H2 H25


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t Mesure sur I Rseau t VV seul In t Filtre actif seul programm des rangs H2 H25 t Conclusion : on constate une dgradation des paramtres. En effet le ltre se limitant par protection lectronique son courant nominal, il ne peut ainsi plus atteindre les objectifs de dpollution t Le ltre actif est en surchargeInstitut Schneider Formation / MDG9AD152 / 05-99

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t Mesure du courant absorb dans le ltre actif t VV seul In donc ltre actif en surcharge t Filtre actif seul programm des rangs H2 H25 t Conclusion : Absence de fondamental ; prsence du spectre harmonique dans le ltre actif (dans sa limite de dpollution) de Ih3 Ih25112



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Calcul du dimensionnement dun ltre actif

s Mesure du courant efcace absorb par la charge dformante :n=

Ieff =

Ihn

2

n=1

s Dimensionnement du ltre passif :n=

Ieff =

Ihn

2

n=2

s Nota : les ltres actifs industriels travaillent jusquau rang 25 environ.

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Filtrage hybride

s Intrt de cette mthode. t Parmi les nombreuses variantes dites hybrides, nous nous intresserons plus particulirement au type dit srie/parallle associant compensateurs actif(s) et passif(s) qui prsente un intrt certain pour la dpollution au plus prs de convertisseurs de grosses puissances.

Charge (s) Rseau

Actif

Passif

C/H_I26

t Le passif tape sur les rangs faibles de forte amplitudes et vite la saturation de l'actif qui peut se consacrer au rang levs de plus faible amplitudes.

HT

I harmonique


M Gnrateur d'harmonique (Gh) 3

Compensateur actif

C/H_I21c


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Mesure avec ltre hybride

t Mettre en service le ltre passif, la self L1 et le ltre actif paramtr pour balayer le spectre lors du rang 4 25. le rang 3 sera abord par le ltre passif t Mesurer en toute scurit, laide dun analyseur dharmoniques, les paramtres de lalimentation en nergie lectrique du coffret aux points de mesure U tension ; I rseau et I ltre situ sur le compensateur actif.

Note :

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s Montage hybride : t Mesure sur rseau t VV seul In t Filtre actif programm des rangs H4 H25 t Self de ligne L1 et ltre passif (rang 3) connects t Conclusion : le ltre actif ntant plus en surcharge (grce la contribution du ltre passif), la dpollution est totale t Ceci permet de sous-dimensionner le compensateur actif t Nota : Le rsidu de Ih3 correspond au facteur de qualit du ltre passifInstitut Schneider Formation / MDG9AD152 / 05-99

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perturbations electromagnetiques bf hf

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