ELEC248_aide Electrotechnique

welcome

Définitions Notions de base Systèmes Triphasés Machines électriques Réseaux électriques Laboratoire

Milieux magnétiques

Introduction du fer doux dans un champ magnétique Nature du ferromagnétisme Théorie des domaines Cycle d'hystérésis Pertes fer

- Pertes par hystérésis- Pertes par courants de Foucault

Analogie entre un circuit magnétique et un circuit électrique

Circuits électriques

Equivalents Thévenin - Norton Pertes joules

Interactions

Force électromagnétique agissant sur un conducteur rectiligne

Intensité de la force électromagnétique (Laplace) Force exercée sur un cadre rectangulaire Tension induite dans un conducteur Règle de la main droite Tension induite dans un cadre

Electronique

Le thyristor schéma du pont de Graetz Inductances de dispersion nulles et diodes Inductances de dispersion nulles et thyristors

ELECTROTECHNIQUE

Ce document est destiné à aider les étudiants à comprendre les cours et à réaliser de manière autonome les manipulations proposées.

Afin d'être à l'aise avec les matières proposées dans les cours :

- Electricité appliquée (Elec 248) - Compléments d'électricité appliquée (Elec 372) - Génie Electrique (Elec 269)

Différents outils complémentaires sont disponibles :

- le cours oral du Pr. Maun ou du Pr. Poncelet - les syllabi des Pr. Maun et Poncelet - les laboratoires - les ouvrages de la bibliographie - l'aide informatique

Les informations contenues dans ces pages proviennent de notes de cours et de divers traités d'électrotechnique dont la liste complète figure dans la bibliographie ci-après.

Bibliographie.

Cours du Professeur PONCELET (ELEC269)Génie Electrique I

Cours du Professeur MAUN (ELEC248)Applications industrielles de l'électricité

ELECTROTECHNIQUEDeuxième éditionThéodore WILDI

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/index.htm (1 of 2) [27/01/2004 17:26:25]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Electrique/ThevNort.htm

welcome

inductances de dispersion et thyristors Limitations

Couplage Mécanique

Equation des masses tournantes Pertes mécaniques Décrochage

Edition ESKAAnnée: 1991

Machines électriquesTome 1 et Tome 2J. CHATELAINEdition DUNODAnnée: 1983

GENERATRICES ET MOTEURS A COURANTS CONTINUALTERNATEURS ET MOTEURS A COURANT ALTERNATIFDISPOSITIFS CONTROLEURS DE PUISSANCETraduit et adapté par D. LUCK, M. CAMUSET et P. GORJUX.Edition GAMMAAnnée: 1963

MACHINES ELECTRIQUESTome 1, 2 et 3Francis MILSANTEdition ELLIPSESAnnée: 1990

How does an induction motor operate?V.U.B.Philippe LATAIREAnnée: 1993

Liens intéressants.

www.gel.usherbrooke.ca/leroux/ Maxwell 2.03 (exe)

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/index.htm (2 of 2) [27/01/2004 17:26:25]

http://www.gel.usherbrooke.ca/leroux/

ftp://ftp.esat.kuleuven.ac.be/pub/elen/maxwell/Maxwell%2525202.03%252520Volledige%252520Installatie.exe

index Notions

Champ

Flux magnétique Champ d'induction Champ magnétique Perméabilité électrique Reluctance Champ tournant Champ pulsant

Courant

Courant watté Courant déwatté

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/ind_def.htm [27/01/2004 17:26:25]

FLUX MAGNETIQUE

Définition du flux magnétique Le flux magnétique à travers une surface donnée est l'ensemble des lignes de force qui traverse cette surface.

Le flux dépend:

de la surface qui coupe les lignes de force.

de l'orientation de la surface par rapport à la direction des lignes. Si la surface est perpendiculaire aux lignes de forces, la valeur du flux sera maximale. Par contre, si la surface est parallèle aux lignes de forces, la valeur du flux sera nulle.

L'unité SI du flux magnétique est le Weber (Wb).

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/defs/fluxmag.htm [27/01/2004 17:26:26]

CHAMP D'INDUCTION

Définition du champ d'inductionLorsque l'on prend un aimant et qu'on le saupoudre de limaille de fer, on voit que les lignes de forces se concentrent à l'endroit des pôles.

Cela veut dire que la densité de flux est plus importante à l'endroit des pôles.

On peut donc dire que la densité de flux sera d'autant plus grande que le nombre de lignes de forces coupant une surface donnée sera grand.

L'unité SI de la densité de flux magnétique est le Tesla (T).

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/defs/chpinduc.htm [27/01/2004 17:26:27]

CHAMP MAGNETIQUE

Définition du champ magnétiqueVous avez déjà tous réalisé l'expérience de faire passer un courant électrique dans un conducteur et de regarder comment réagit l’aiguille de la boussole lorsqu'elle est approchée du conducteur : elle s'oriente perpendiculairement au conducteur.

Lorsque le courant redevient nul, l’aiguille de la boussole reprend son orientation normale dans le champ magnétique terrestre.

Forme:

Si l'on place une feuille de papier perpendiculairement à un conducteur parcouru par un courant électrique et qu'on saupoudre la feuille de limaille de fer, on voit que la limaille de fer se place sous forme de circonférences concentriques qui révèlent la présence des lignes de force.

Ce champ circulaire entoure le fil sur toute sa longueur et les lignes de force sont toujours dans un plan perpendiculaire au conducteur.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/defs/chpmag.htm (1 of 2) [27/01/2004 17:26:28]

CHAMP MAGNETIQUE

Sens du champ:

On peut déterminer le sens des lignes de force à l'aide d'une boussole. Cependant, il y a une série de moyens mnémotechniques pour le retenir:

Si l'on tient le conducteur dans la main droite, le pouce orienté dans le sens du courant, les doigts pointeront dans le sens du flux.

Si l'on met le tire-bouchon dans le sens du courant, le sens dans lequel il faut tourner le tire-bouchon donne le sens du flux.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/defs/chpmag.htm (2 of 2) [27/01/2004 17:26:28]

PERMEABILITE ELECTRIQUE

Définition de la perméabilité électrique

La perméabilité d'un matériau magnétique caractérise la facilité avec laquelle ce matériau se laisse traverser par le flux.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/defs/page4.htm [27/01/2004 17:26:28]

RELUCTANCE

Définition de la réluctance

Supposons que l'on possède un circuit magnétique de longueur L et sur lequel se trouve une bobine parcourue par un courant donné. A ce moment la bobine produit un flux donné.

Si l'on double la longueur du circuit magnétique par 2, on se rend compte que pour le même courant traversant la bobine, le flux est divisé par deux. De ce fait le circuit magnétique s'oppose au passage du flux.

Dans un circuit magnétique, l'opposition au passage flux est appelée réluctance.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/defs/page5.htm [27/01/2004 17:26:28]

CHAMP TOURNANT

Définition du champ tournantPour expliquer la notion de champ tournant, nous allons supposer que l'on possède un stator de machine asynchrone possédant une seule paire de pôles. Ce stator est donc composé de trois bobines décalées d'un angle de 120°. En appliquant un système de tensions équilibrées d'ordre direct sur ces trois enroulements, nous créons un champ tournant d'ordre direct. Voyons comment nous pouvons le mettre en évidence.

La première chose à réaliser, avant d'expliquer comment le flux dans la machine tourne, est de définir le sens positif du flux dans chaque bobine. Nous considérerons le sens positif du flux lorsque le courant rentre dans le conducteur à l'endroit de la lettre et ressort à l'opposé. On peut utiliser la règle de la main droite pour découvrir son orientation. Le dessin ci-dessous représente ce qui vient d'être dit.

Le système de tensions d'ordre direct, représenté ci-dessous, est appliqué sur les enroulements:

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/PRINCIPE/MAS/PAGE2.HTM (1 of 5) [27/01/2004 17:26:30]

CHAMP TOURNANT

Au temps t1:

On voit que le courant dans la phase R vaut l'unité tandis que le courant dans la phase S et T vaut -1/2 l'amplitude du courant qui circule dans la phase R.

A ce moment précis le flux est orienté dans la direction suivante:


CHAMP TOURNANT

Au temps t2:

On voit que le courant dans la phase R vaut l'opposé du courant qui circule dans la phase S.



CHAMP TOURNANT

On voit par l'intermédiaire de ces deux dessins que le champ a tourné: il est donc tournant. Il faut encore signaler que l'amplitude de ce champ est constant quel que soit le temps considéré (en sinusoïdal).

Dans l’animation suivante, observez la densité de flux tournante. La densité de flux est plus importante dans les régions présentées par une intensité de couleur jaune.

Remarque importante:


CHAMP TOURNANT

On peut créer un champ tournant:

1°) par une bobine tournante parcourue par un courant constant.

2°) par un système de m (>=2) bobines disposées symétriquement et parcourues par des courants constituant un système polyphasé équilibré.


DESCRIPTION

Description d'une machine asynchroneLe moteur asynchrone est constitué des différentes parties suivantes:

La carcasse (ou stator):

Elle sert à trois choses:

1. à supporter les différentes parties de la machine.

2. à refermer le champ magnétique.

3. à supporter les enroulements statoriques triphasés qui permettront de créer un champ tournant.

Le feuilletage du stator permet de réduire très fortement les pertes par courant de Foucault, donc l'échauffement.

L'induit (ou rotor):

Le rotor tourne dans l'inducteur de la machine asynchrone. Il se compose de l'axe, du noyau et des enroulements rotoriques. Sa structure est un noyau d'acier feuilleté pour réduire les pertes par courants de Foucault.

Deux types de rotor existent pour une machine asynchrone:

1°) Le rotor bobiné:

Il comprend un bobinage triphasé câblé en étoile et logé dans les encoches rotoriques. L'extrémité libre de chaque enroulement est relié à une bague qui tourne avec le rotor. Ces bagues permettent de raccorder une résistance qui permet le démarrage du moteur. Une fois celui-ci terminé, les trois bagues sont court-circuitées.

2°) Le rotor à cage d'écureuil:

A la place d'avoir des enroulements bobinés sur le rotor, on a coulé, à l'emplacement des encoches, des barres d'aluminium qui vont servir de bobines pour la machine. De cette façon, il n'y a plus besoin de bagues pour permettre l'insertion d'une résistance dans le rotor. En effet ces barres ont une résistance qui évolue en fonction de la fréquence (mettre ceci en rapport avec le démarrage d'une machine asynchrone sur cage d'écureuil).

Une machine à rotor à cage d'écureuil est beaucoup plus robuste que la machine à rotor bobiné. En effet, il n'y a aucun contact électrique entre le rotor et le stator.


http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Dfinitions/ChpMag.htm

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/PRINCIPE/MAS/page2.htm

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Magntique/PerteFoucault.htm



DESCRIPTION


CHAMP PULSANT

Définition du champ pulsant

Si nous considérons une seule bobine parcourue par un courant sinusoïdal, le champ qui est créé est pulsant.

On peut démontrer que tout champ pulsant est la somme de deux champs tournants de même amplitude, de même vitesse mais de sens contraire. Celui qui tourne dans le sens positif est appelé champ direct.

Celui qui tourne dans le sens négatif est appelé champ inverse. Leur amplitude est égale et vaut la moitié de l'amplitude du champ pulsant.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/PRINCIPE/MAS/PAGE3.HTM [27/01/2004 17:26:31]

COURANT WATTE

Définition d'un courant watté

La partie du courant en phase avec la tension est appelé courant watté ou courant actif.

C’est la partie du courant qui contribue à la puissance active.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/defs/iwatte.htm [27/01/2004 17:26:33]

COURANT DEWATTE

Définition d'un courant déwatté

La partie du courant en quadrature avec la tension est appelé courant déwatté.

C’est la partie du courant qui contribue à la puissance active.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/defs/idewat.htm [27/01/2004 17:26:33]

index Notions

Milieux magnétiques

Introduction du fer doux dans un champ magnétique Nature du ferromagnétisme Théorie des domaines Cycle d'hystérésis Pertes fer

- Pertes par hystérésis- Pertes par courants de Foucault


Circuits électriques

Equivalents Thévenin - Norton Pertes joules

Interactions

Force électromagnétique agissant sur un conducteur rectiligne Intensité de la force électromagnétique (Laplace) Force exercée sur un cadre rectangulaire Tension induite dans un conducteur Règle de la main droite Tension induite dans un cadre

Electronique

Le thyristor schéma du pont de Graetz Inductances de dispersion nulles et diodes Inductances de dispersion nulles et thyristors inductances de dispersion et thyristors Limitations

Couplage Mécanique

Equation des masses tournantes Pertes mécaniques Décrochage

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/ind_not.htm [27/01/2004 17:26:34]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Electrique/ThevNort.htm

FER ET CHAMP MAGNETIQUE

Effet de l'introduction du fer doux sur un champ magnétique

Lorsqu'on introduit un morceau de fer doux dans une champ magnétique, on se rend compte que les lignes de forces se déforment comme si elles voulaient passer dans le fer.

On dit que le fer est plus perméable aux lignes de force que l'air, car il se laisse traverser plus facilement par celles-ci.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/FerDoux.htm [27/01/2004 17:26:34]

NATURE DU FERROMAGNETISME


Vous savez qu'un aimant possède toujours deux pôles. Un pôle nord et un pôle sud. Si vous cassez cet aimant, vous obtenez deux aimants qui possèdent chacun un pôle nord et un pôle sud. Si l'on continue ainsi de suite, on obtient un aimant élémentaire portant toujours deux pôles contraires et de forces égales.

D'après la théorie d'Ewing, un morceau de fer est composé d'une infinité de petits aimants élémentaires orientés dans des directions quelconques et dont les pôles nords et les pôles suds se neutralisent. De ce fait il n'y a aucun pôle à l'extérieur du barreau de fer.

Lorsque le barreau de fer est introduit dans un champ magnétique, l'ensemble des petits aimants élémentaires s'oriente dans le champ. De ce fait le barreau s'aimante et il y a l'apparition d'un pôle nord et d'un pôle sud. Dès que l'on coupe le champ magnétique extérieur, ces petits aimants élémentaires se remettent dans un ordre quelconque tel que la somme de leurs champs redevient nulle et que les pôles du barreau de fer disparaissent.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/PAGE2.HTM [27/01/2004 17:26:35]

THEORIE DES DOMAINES


" Bien que la théorie d'Ewing ait permis d'expliquer convenablement plusieurs phénomènes ferromagnétiques, on fait appel aujourd'hui à une théorie plus évoluée; la théorie des domaines. Selon cette théorie, chaque atome de fer se comporte comme un petit aimant permanent (appelé dipôle) dont le champ magnétique est créé par la rotation et le spin des électrons sur leur orbite. Les champs magnétiques des atomes voisins s'influencent mutuellement, de sorte que les dipôles cherchent à s'aligner. Cette orientation atomique des champs se produit dans de petites régions appelées domaines. Dans un morceau de fer, la grandeur des domaines varie beaucoup, mais ordinairement, ils sont assez grands pour être vus à l'aide d'un simple microscope. A l'intérieur d'un domaine, tous les champs magnétiques des atomes sont orientés dans une même direction, ce qui produit un champ global assez intense. Cependant, les domaines sont eux-mêmes orientés dans toutes les directions, de sorte que le champ magnétique résultant est nul.

Les aimants élémentaires mentionnés dans la théorie d'Ewing sont en fait des domaines magnétiques.

Afin de comprendre le processus d'orientation, considérons un morceau de fer, extrêmement petit, composé de 4 domaines seulement.

Chacun des domaines produit un champ magnétique dont le sens est indiqué par une flèche. Comme les flèches se suivent en boucle fermée, le petit morceau de fer ne crée aucun champ à l'extérieur de ses parois.

Ces domaines sont séparés par des " murs" très étroits, épais de 100 nanomètres seulement. Ces murs représentent en fait la zone de transition où l'orientation des dipôles change graduellement d'un sens à l'autre. Par exemple, dans le mur qui sépare les domaines 2 et 3, les dipôles changent progressivement de l'orientation du domaine 2 à celle du domaine 3.

Si on place le morceau de fer dans un champ magnétique extérieur, comme celui créé par le pôle nord d'un aimant, quelques-uns des dipôles situés dans les murs s'orientent dans le sens des lignes de flux produites par ce pôle nord.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/PAGE3.HTM (1 of 2) [27/01/2004 17:26:36]

THEORIE DES DOMAINES

Cela a pour effet de grossir le domaine 2, au dépend des autres domaines qui deviennent nécessairement plus petits. Il se produit donc un déplacement et un rétrécissement progressif des murs, au fur et à mesure que le champ extérieur augmente. Le petit morceau de fer commence donc à produire son propre champ extérieur, tel que montré dans la figure. Enfin, si le champ extérieur est suffisamment intense, les murs disparaissent complètement et il ne subsiste plus qu'un seul domaine dans lequel tous les dipôles sont orientés dans le sens du champ extérieur. Les extrémités du morceau de fer développent alors un pôle nord et un pôle sud de force considérable. "

Texte extrait de:

ELECTROTECHNIQUEThéodore WILDI.Editions ESKAAnnée: 1992

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/PAGE3.HTM (2 of 2) [27/01/2004 17:26:36]

CYCLE D'HYSTERESIS

Cycle d'hystérésisLorsque l'on prend un morceau de métal et qu'on le place dans un champ d'induction alternatif, les domaines se déplacent les uns par rapport aux autres. Ces déplacement se traduisent par l'accomplissement d'un cycle d'hystérésis.

Comme le flux qui circule dans le fer est alternatif, l'ensemble des domaines s'oriente tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre. Cependant il y a une certaine hystérèse qui est marquée à l'intérieur du matériau. On ne revient donc pas sur la courbe de première aimantation (courbe rouge), mais on décrit un cycle (courbe en mauve).

Il faut remarquer que:

lorsque H = 0, il existe un champ rémanent qui traduit le fait que le matériaux est encore aimanté.

lorsque B = 0, il existe un champ coercitif

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/CyclHyst.htm [27/01/2004 17:26:37]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/PFer.htm

Les pertes fer Il ne se produit aucune perte dans une pièce de fer traversée par un flux qui ne change ni d’intensité, ni de direction. Ainsi, lorsqu’un électro-aimant est excité à courant continu, il ne se produit des pertes que dans le cuivre de la bobine. Il n’y a aucune perte dans le fer du noyau. Par contre, des pertes importantes se produisent dans les parties en acier ou en fer où le flux varie en grandeur ou en direction. C’est le cas du circuit magnétique des machines à courant alternatif dans lesquelles le flux est alternatif. C’est aussi le cas de l’induit des machines à courant continu où le flux, bien que constant en intensité, change de sens, périodiquement et rapidement. Les pertes dans le fer sont attribuables aux phénomènes d’hystérésis et aux courants de Foucault.

1. Pertes par hystérésis:

où 1.6 < k< 2

2. Pertes par courants de Foucault:

Dans le cas des moteurs à courant continu,

La fréquence de variation du champ magnétique en un point du rotor est proportionnelle à la vitesse de rotation.

L’amplitude du champ induction et donc l’amplitude du flux est liée au courant d’excitation (Be) et au courant d’induit (Ba).

Si l’on fait la même hypothèse que celle utilisée par la méthode de détermination

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/PFer.htm (1 of 2) [27/01/2004 17:26:38]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/PFer.htm

des pertes de Swinburne, à savoir que les pertes fer sont indépendantes de la charge, on néglige alors le champ Ba devant le champ Be. Les pertes fer d’une machine à courant continu sont donc uniquement (à l’aide des hypothèses si dessus) fonction de la vitesse de rotation et du courant d’excitation.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/PFer.htm (2 of 2) [27/01/2004 17:26:38]

PERTES PAR HYSTERESIS

Pertes par hystérésisLorsque le cycle d'hystérésis est parcouru une fois, il y a une perte d'énergie qui provoque une augmentation de la température dans le fer. Cette dissipation d'énergie est liée au frottement des différents domaines magnétiques. La quantité d'énergie dissipée dépend de la surface du cycle.

Comme ces pertes se produisent dans l'acier, il y a donc intérêt à réduire la surface du cycle au maximum.

Il faut encore signaler que les pertes par hystérésis se produisent aussi lors de la rotation d'une pièce dans un champ constant. C'est le cas du rotor d'une machine à courant continu. En effet, la masse de fer du rotor est aimantée par influence, ce qui provoque la création de plages d’aimantation sud et nord en regard des pôles principaux N et S. Si l’on tient compte du déplacement de ces plages au cours de la rotation, on constate que l’aimantation du rotor se renverse à chaque demi-tour.

Les pertes par hystérésis peuvent être formulées mathématiquement de la façon suivante:

où 1.6 < k< 2

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/PHyst.htm [27/01/2004 17:26:38]

COURANTS DE FOUCAULT

Pertes par courants de FoucaultFaisons tourner un rotor à l'intérieur d'un champ créé par un aimant.

Le rotor coupe les lignes de flux et de ce fait il y a une tension induite à l'intérieur du rotor comme indiqué par les + et les - sur la figure. Ces tensions induites font circuler des courants à l'intérieur du rotor qui sont appelés courants de Foucault. Ces courants provoquent un échauffement de l'acier par effet Joule.

Si le rotor était massif, celui-ci serait très rapidement détruit. Pour éviter ceci, on réalise un feuilletage du rotor de manière à éviter de trop grands courants de Foucault.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/PFouc.htm (1 of 2) [27/01/2004 17:26:39]

COURANTS DE FOUCAULT

Les pertes par courant de Foucault peuvent être formulées mathématiquement de la façon suivante:

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/PFouc.htm (2 of 2) [27/01/2004 17:26:39]

TENSION INDUITE

Tension induite dans un conducteur

Lorsque l'on déplace un conducteur à l'intérieur d'un champ d'induction de manière à couper des lignes de force, une force électromotrice induite apparaît aux extrémités de celui-ci. C'est sur ce principe que fonctionnent les dynamos et les alternateurs.

On peut montrer que cette force électromotrice n'existe pas:

1. si le conducteur arrête de se déplacer dans le champ d'induction

2. si le conducteur se déplace parallèlement aux lignes du champ d'induction.

Amplitude de la force électromotrice induite:

La valeur de la force électromotrice induite, suite au déplacement d'un conducteur à l'intérieur d'un champ d'induction peut s'écrire de la façon suivante:

où dflux = flux coupé par le conducteur

dt = intervalle de temps

Cette expression se simplifie dans le cas d'un conducteur rectiligne de longueur l, se déplaçant à une vitesse v dans un champ d'induction B uniforme qui lui est perpendiculaire. L'expression devient alors:

E = B l v

L'unité SI de la force électromotrice induite est le Volt (V).

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/INTERAC/PAGE4.HTM [27/01/2004 17:26:40]

CIRCUIT MAGNETIQUE-ELECTRIQUE


La source électrique développe une force électromotrice. La bobine développe une force magnétomotrice.

La résistance du circuit comprend celle du conducteur de cuivre et celle de l'élément résistif.

La réluctance du circuit comprend celle du fer et celle de l'entrefer.

La résistance totale du circuit est essentiellement constituée de la résistance de la charge. En effet la résistance des conducteurs est extrêmement faible.

La réluctance totale du circuit est essentiellement constituée de la réluctance de l'entrefer. En effet la

réluctance du fer est extrêmement faible.

Le courant circulant dans le cuivre est égal à celui qui traverse la charge.

Le flux circulant dans le fer est égal à celui qui traverse l'entrefer.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/Analogie.htm [27/01/2004 17:26:41]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/defs/pages5.htm

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Electrique/PertesJ.htm

Les pertes joules Des pertes ont lieu dans tous les conducteurs parcourus par un courant et sont dues à l’effet Joule. Elles s’expriment par la formule: Pj = R.I² Dans le cas des machines à courant continu, ces pertes ont lieu dans :

le circuit d’induit, composé du bobinage d’induit (cuivre), du bobinage de commutation (cuivre), des balais (carbone) et de la résistance du contact balais collecteur.

Le circuit d’excitation, composé du bobinage d’excitation (cuivre).

Les résistivités du cuivre et du carbone sont fonction de la température. Cette dernière est fonction de la température ambiante ainsi que de l’échauffement crée par l’effet Joules. Ces résistivités sont donc fonction du courant qui les parcourt. La résistance de contact balais collecteur est fonction :

De la surface de contact. De l’état de surface du balais et du collecteur. De la vitesse de commutation. Du sens de rotation de la machine.

Pour une machine à courant continu donnée, on a :

Ra = f(Ia, Ω, sign(Ω)) Re = f(Ia)

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Electrique/PertesJ.htm [27/01/2004 17:26:42]

FORCE ELECTROMAGNETIQUE

Force électromagnétique agissant sur un conducteur rectiligne

Lorsque l'on place un conducteur rectiligne, parcouru par un courant I, dans un champ magnétique, on constate que:

1. le conducteur est soumis à une force qui tend à le déplacer.

2. si l'on change le sens du courant, le sens de la force change également.

3. la force agit dans une direction qui est à la fois perpendiculaire à la direction du courant et à celle des lignes de force.

Ce qui nous conduit à dire que:

Tout conducteur parcouru par un courant et placé dans un champ est soumis à une force.

Ce phénomène est d'un importance capitale car il se trouve à la base du fonctionnement des moteurs, des haut-parleurs et d'un grand nombre d'appareils de mesure.

Dans cette situation, l'aspect des lignes de force entre les deux pôles de l'aimant est changé. Les lignes de force ont la structure suivante:


LOI DE LAPLACE

Intensité de la force électromagnétique (Loi de Laplace)

L'intensité de la force électromagnétique dépend:

1. de l'intensité du courant qui circule dans le conducteur

2. de la densité de champ d'induction

3. de la longueur du conducteur qui est soumis au champ d'induction

4. de la direction du conducteur par rapport à celle du champ

La valeur de la force agissant sur un conducteur peut s'écrire de la façon suivante:

où B = valeur du champ d'induction

I = courant circulant dans le conducteur

dl = longueur du conducteur baignant dans le champ.

Cette expression se simplifie dans le cas d'un conducteur rectiligne de longueur l, parcouru par un courant I, plongé dans un champ d'induction B uniforme qui lui est perpendiculaire. L'expression devient alors:

F = B I l

L'unité SI de la force est le Newton (N).


FORCE SUR CADRE RECTANGULAIRE

Force exercée sur un cadre rectangulaire

Nous savons que tout conducteur parcouru par un courant et placé dans un champ d'induction est soumis à une force (loi de Laplace).

Voyons ce que ceci donne lorsque l'on plonge un cadre parcouru par un courant dans un champ d'induction.

Pour voir comment s'exerce les forces sur le cadre, nous pouvons décomposer le cadre de la façon suivante:

le conducteur AB est soumis à une force qui tend à déplacer le conducteur vers le bas

le conducteur BC n’est soumis à aucune force

le conducteur CD est soumis à une force qui tend à déplacer le conducteur vers le haut

le conducteur DA n’est soumis à aucune force.

Comme l'ensemble des conducteurs ne sont pas indépendants, il y a un couple qui est exercé sur le cadre et qui tend à le faire tourner. Si l'on inverse le sens du courant dans le cadre le couple est exercé dans l'autre direction.


REGLE MAIN DROITE

Règle de la main droitePour connaître le sens de la force électromotrice induite, il existe une règle relativement simple, dite règle de la main droite. Celle-ci peut être résumée de la façon suivante:

1. Orienter le pouce, l'index et le majeur de la main droite afin qu'ils soient à 90° l'un de l'autre.

2. Pointer le pouce dans la direction où le conducteur se déplace.

3. Pointer l'index dans la direction du flux.

4. Le majeur indiquera l'extrémité (+) du conducteur.


TENSION INDUITE CADRE

Tension induite dans un cadre

Considérons la figure suivante, où l'aimant permanent tourne dans un cadre fixe.

Une question se pose: "Quelle est la tension induite aux bornes du cadre?"

Pour répondre à cette question, nous allons regarder ce qu’il se passe pour quatre positions particulières de l'aimant permanent.

Position 0°:

Les lignes du champ d'induction magnétique tourne par rapport aux conducteurs qui sont fixes. Dans la position 0° les conducteurs AB et CD sont coupés par des lignes de force qui sont perpendiculaires aux conducteurs. De cette façon la force électromotrice induite est maximale. Au fur et à mesure que l'aimant continue à tourner, les lignes du champ d'induction vont se mettre parallèlement aux conducteurs. Il en résulte que la force électromotrice induite décroît.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/INTERAC/PAGE6.HTM (1 of 3) [27/01/2004 17:26:46]


Position 90°:

Lorsque l'aimant est perpendiculaire à la spire, les lignes du champ d'induction sont parallèles aux conducteurs. Il en résulte que la force électromotrice est nulle. En effet, tout conducteur placé dans un champ d'induction et se déplaçant parallèlement aux lignes du champ d'induction ne peut induire une f.e.m.

Position 180°:

Nous sommes presque revenus à la situation de la position 0°. Cependant il faut remarquer que le pôle nord de l'aimant ne se trouve plus à gauche mais à droite. Ceci implique que la force électromotrice induite a l'intérieur du cadre à changé de signe. En effet si vous appliquez la règle de la main droite, vous verrez que le courant a changé de signe. La f.e.m. continue donc de décroître.

Position 270°:



Dans cette position les conducteurs AB et CD sont parallèles aux lignes du champ d'induction. La force électromotrice induite est donc nulle. Comme l'aimant continue à tourner la force électromotrice continue de croître pour revenir à sa position initiale.

La force électromotrice induite est donc alternative.


LE THYRISTOR

Le thyristor

Le thyristor est un semi-conducteur de puissance. Dans notre étude, nous supposerons qu'il se comporte comme un interrupteur parfait, ayant deux états: conducteur ou coupé. Nous supposerons en outre que les temps de commutation sont négligeables. (Pour plus de détails voir les cours de MM Mathys et Maggetto. ) Pour que le thyristor devienne passant, il faut deux conditions:

Il faut que la tension anode cathode Vac soit positive.

Il faut qu'une impulsion arrive sur la gâchette.

Pour que le thyristor se bloque, il faut et il suffit que le courant qui le traverse s'annule. Cela signifie que c'est le circuit et non l'utilisateur qui impose la coupure du thyristor. Il faut aussi remarquer que le thyristor est un composant très solide, il permet de commuter des puissances très importantes, mais il ne peut atteindre des fréquences de commutation élevées. ( Dans ce montage, les thyristors commutent à la fréquence du réseau )

Remarque:

On néglige la tension de seuil, les pertes en conduction, le courant inverse...

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/ALIM/PAGE1.HTM [27/01/2004 17:26:47]

SCHEMA DU PONT DE GRAETZ

Schéma du pont de Graetz

En général le pont est alimenté par le réseau, au travers d'un transformateur. On a représenté le secondaire du transformateur par trois sources de tension et par des inductances en série qui représentent les inductances de tout le circuit amont. Le système comporte six thyristors, deux par phase. Il y a aussi une inductance de lissage destinée à limiter les variations du courant continu. Pour le tracé des formes des tensions continues, on fait l'hypothèse que la charge est inductive infinie. Cela implique que le courant absorbé par la charge reste constant quelle que soit la tension à ses bornes.


L=0 ET DIODES

Inductances de dispersion nulles et diodes

Dans un premier temps, on suppose que les inductances de dispersion du transformateur sont négligeables. Le courant dans une phase peut s'établir en un temps nul. On suppose que les transistors se comportent comme des diodes. Le potentiel des cathodes des diodes supérieures est celui de la phase qui a la tension la plus élevée. En effet seule cette diode est passante, les autres ont une tension anode-cathode négative et sont coupées. De la même façon le potentiel aux anodes des diodes du bas est celui de la phase qui a la tension la plus faible. Le potentiel sur une période évolue donc comme suit:

On constate que la tension au point commun des diodes supérieures est redressée, mais présente 3 oscillations par période. De même la tension aux diodes inférieures présente 3 oscillations par période. Heureusement les maxima de tension au dessus et en dessous sont décalés. La tension résultante possède alors 6 oscillations par période, d'amplitude beaucoup plus faible. Les oscillations de tension se produisent à fréquence relativement haute, leur filtrage ne posera pas trop de problèmes.

Remarque:

On néglige les tensions de seuil des diodes et des thyristors


L=0 ET THYRISTORS

Inductances de dispersion nulles et thyristors

On se souvient à présent que le pont est composé de thyristors et non de diodes. On pourra retarder l'instant de conduction des semi-conducteurs et donc diminuer le valeur moyenne de la tension.

Pour qu'un thyristor conduise, il faut que la tension anode cathode soit positive et que la gâchette reçoive une impulsion.

Pour les thyristors de la rangée supérieure cela signifie qu'un thyristor pour devenir conducteur doit être sur une phase dont la tension est plus élevée que la tension de la phase du thyristor actuellement conducteur et doit recevoir une impulsion sur sa gâchette.

Pour les thyristors de la rangée inférieure cela signifie qu'un transistor pour qu'il devienne conducteur doit être sur une phase dont la tension est plus basse que la tension de la phase du thyristor actuellement conducteur et doit recevoir une impulsion sur sa gâchette.

L'angle de commande noté alpha est l'angle électrique entre le moment où un thyristor pourrait devenir conducteur et le moment où on envoie une impulsion sur sa gâchette. Plus l'angle a est important, plus la tension moyenne sera basse.

On constate, qu'après augmentation de la valeur de l'angle alpha, la valeur moyenne de la tension a chuté. On constate aussi que l'amplitude des variations de la tension de sortie a augmenté.

Les formes d'ondes de courant sont les suivantes:

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/ALIM/PAGE4.HTM (1 of 2) [27/01/2004 17:26:49]

L=0 ET THYRISTORS

Retarder l'allumage des thyristors permet de diminuer la valeur moyenne de la tension, mais fait fonctionner le montage avec un mauvais cos (phi).


L ET THYRISTORS

Inductances de dispersion et thyristors

En réalité les inductances de dispersion du circuit amont et du transformateur ne sont pas nulles. Le courant ne peut s'établir instantanément dans une phase. Envisageons ce qui se passe lorsque le thyristor 1 se coupe et que le thyristor 3 se coupe. A ce moment, le schéma se réduit (On néglige ce qui se passe aux thyristors du bas à ce moment la. On ne considère que la tension par rapport au neutre) à:

Vu l'hypothèse de la charge inductive infinie, le courant I dans l'inductance L est constant. Tant que le thyristor 1 est allumé et que le thyristor 3 n'a pas reçu d'impulsion, la tension en B vaut e1 et le courant qui traverse le thyristor 1 vaut I. Si la tension e2 est plus élevée que la tension e1, et que la gâchette du thyristor 3 reçoit une impulsion, le thyristor 3 devient conducteur. Vu que l'inductance l2 de la phase 2 n'était pas parcourue par un courant, le courant dans cette phase s'établira progressivement. La tension au point B est la tension moyenne entre e1 et e2: B est au point milieu d'un diviseur inductif. On a:

Le courant I est constant, on a alors :

.

On retrouve, en faisant l'hypothèse que l1 est égale à l2, que eB est la moyenne de e1 et e2 . On constate que tant que i1 est positif, le thyristor 1 reste conducteur. Pendant toute la durée de commutation, on a la tension à


L ET THYRISTORS

la sortie qui vaut (e1+e2)/2 qui est inférieure à e2. On a une chute de tension par rapport au cas idéal.


L ET THYRISTORS

On constate que le retard du courant sur la tension augmente avec la présence de selfs parasites. Ces selfs dégradent donc le facteur de puissance de l'ensemble.


LIMITATIONS

Les limitationsNous avons fait l'hypothèse d'une charge inductive infinie, c'est à dire une charge qui absorbe un courant constant.

Le principe du pont de Graetz est d'utiliser la commutation naturelle: on utilise la présence du réseau triphasé pour, lors de l'allumage d'un thyristor, éteindre l'autre.

Si 2 thyristors appartenant au même groupe de thyristors (inférieur ou supérieur) conduisent simultanément, il y a un court-circuit entre deux phases du réseau. Il faut s'interdire d'utiliser un angle de commande supérieur à 150 degrés, sous peine de ne plus savoir éteindre une phase par le réseau et de créer un court circuit.


MASSES TOURNANTES

Equation des masses tournantesL'équation qui régit le comportement d'une machine tournante est la suivante:

Cm : le couple produit par le moteur

Cr : le couple résistant à l'arbre

J : l'inertie de la masse qui tourne

w : la vitesse de rotation angulaire

En régime, c'est à dire à vitesse constante, il y a égalité entre le couple moteur et le couple résistant. Nous sommes à l'équilibre. Néanmoins, nous pouvons distinguer deux types d'équilibre: l'équilibre stable et l'équilibre instable.

Equilibre instable:

Prenons un couple moteur variant avec la vitesse de la manière suivante (cas du moteur compound discordant, par exemple) et un couple résistant fonction quadratique de la vitesse:

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Meca/MTourn.HTM (1 of 3) [27/01/2004 17:26:52]

MASSES TOURNANTES

Supposons au départ que le système est à l'équilibre. Nous sommes au point E, l'ensemble tourne à la vitesse we. Supposons qu'une perturbation extérieure provoque un écart de vitesse positif: la vitesse atteinte est we. Or, si nous regardons l'allure des courbes de couple en fonction de la vitesse, nous voyons que le couple moteur devient supérieur au couple résistant: une accélération positive est appliquée au moteur. La vitesse augmente donc encore, l'écart entre le couple moteur et le couple résistant encore plus, etc... Le moteur s'emballe, c'est à dire que la vitesse tend, en théorie, vers l'infini. En réalité, le moteur est détruit bien avant cela!

On peut faire le même type de raisonnement si une perturbation négative est appliquée au moteur: la vitesse diminue, le couple résistant est alors plus important que le couple moteur, le moteur est soumis à une accélération négative, donc sa vitesse diminue encore,... Le moteur s'arrête. E est donc un point d'équilibre instable car la pente du couple moteur en ce point est supérieure à celle du couple résistant. Il est donc inconcevable de travailler dans ces conditions: pour ce couple résistant nous ne pouvons pas travailler avec un moteur ayant une caractéristique couple moteur en fonction de la vitesse de ce type.

Equilibre stable:

Prenons cette fois un couple moteur de la forme suivante (cas du moteur série, par exemple):


MASSES TOURNANTES

Supposons une nouvelle fois que le système est soumis à une perturbation positive. Sa vitesse augmente. Nous voyons que le couple résistant est supérieur au couple moteur: une accélération négative est appliquée au banc. Sa vitesse diminue et se stabilise à sa vitesse initiale, we. En effet, elle ne pourra pas descendre en-deçà de cette vitesse: le couple moteur devenant supérieur au couple résistant, le moteur réaccélère.

Nous voyons donc que quelle que soit la perturbation appliquée au système, le point de fonctionnement est toujours ramené au point d'équilibre initial E. E est donc un point d'équilibre stable car la pente du couple moteur en ce point est inférieure à celle du couple résistant. Nous pouvons donc utiliser le moteur en question sans aucun risque d'instabilité.


Pertes Mécaniques

Les pertes mécaniques

Dans le cas des machines tournantes, les pertes mécaniques se composent de :

du frottement dans les paliers ; frottement solide/solide du frottement des balais sur le collecteur ou sur les bagues ; frottement solide/solide du frottement de l’air sur le rotor et sur le ventilateur ; frottement solide/fluide

Les frottements solide/solide sont proportionnels à la vitesse relative entre les pièces en mouvement alors que les frottements solide/fluide sont proportionnels au carré de cette vitesse.

On peut donc conclure que les pertes mécaniques ne sont fonction que de la vitesse de rotation de la machine.

Pméca = f(Ω)

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Meca/PMeca.htm [27/01/2004 17:26:53]

QUESTION N°11

Qu'est-ce que le décrochage ?Il y a décrochage quand il n'y a plus d'intersection entre le couple moteur et le couple résistant.

Deux cas sont à envisager et seront abordés dans les deux exemples qui suivent.

Premier exemple:

Soit un moteur asynchrone entraînant un ascenseur. Dans un premier temps, tout va bien: il y a équilibre entre le couple moteur et le couple résistant. On se trouve au point d'intersection entre le couple moteur et résistant.

Si l'on charge un peu trop l'ascenseur, le couple résistant devient supérieur au couple moteur pour n'importe quelle vitesse. En se référant à l'équation des masses tournantes, on constate que le moteur décélère et s'arrête de tourner.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Meca/Decroch.htm (1 of 4) [27/01/2004 17:26:54]

QUESTION N°11

Second exemple:

Soit une turbine entraînant un alternateur. Dans la situation reprise ci-dessous, tout va bien: on a un équilibre stable entre le couple fourni par la turbine et le couple résistant dû à l'alternateur pour une valeur d'angle inférieur à 90 degrés.


QUESTION N°11

Supposons maintenant que la turbine fournisse un couple moteur trop important: le couple résistant offert par l'alternateur est, pour toutes vitesses, trop faible. Si on se réfère à l'équation des masses tournantes, l'alternateur va partir en sur-vitesse.


QUESTION N°11


index Notions

Conventions

Convention Générateur Convention Moteur

Notations

Valeur instantanée Valeur instantanée complexe Valeur efficace Valeur maximale Vecteur tournant Phaseur Tableau Récapitulatif

Unités Normalisées

Grandeurs réduites Base de travail Equivalent monophasé Application pratique

Composantes Symétriques

Théorème de Fortescue

Load Flow

Formulation du problème

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/ind_tri.htm [27/01/2004 17:26:54]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Conv/Source.htm

Convention Générateur ou SourceOn considère comme positive la puissance fournie par le circuit ou la machine.

Un moteur fourni une puissance électrique négative et fourni une puissance mécanique positive. Une génératrice fourni une puissance électrique positive et fourni une puissance mécanique négative.

Pour un circuit électrique, la tension fournie v fait circuler un courant dans le sens indiqué à la Figure. Le sens positif du courant est indiqué par une flèche et est conventionnellement celui des charges positives. La borne de sortie d'un dipôle est marquée par un astérisque (ou un plein cercle) et désigne celle où le courant est sortant. La flèche de tension désigne la borne de sortie, c'est-à-dire celle à laquelle il apparaît une tension positive quand il circule un courant positif.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Conv/Source.htm [27/01/2004 17:26:55]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Conv/Recept.htm

Convention Moteur ou RécepteurOn considère comme positive la puissance absorbée par le circuit ou la machine.

Un moteur absorbe une puissance électrique positive et absorbe une puissance mécanique négative. Une génératrice absorbe une puissance électrique négative et absorbe une puissance mécanique positive.

Pour un circuit électrique, la tension appliquée v fait circuler un courant dans le sens indiqué à la Figure. Le sens positif du courant est indiqué par une flèche et est conventionnellement celui des charges positives. La borne d'entrée d'un dipôle est marquée par un astérisque (ou un plein cercle) et désigne celle où le courant est entrant. La flèche de tension désigne la borne d'entrée, c'est-à-dire celle à laquelle il faut appliquer une tension positive pour faire circuler un courant positif.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Conv/Recept.htm [27/01/2004 17:26:56]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/Instant.htm

La valeur instantanéea = a(t)

Normalement, les grandeurs électriques ont une expression cosinusoïdale de sa valeur en fonction du temps.

a(t) = a cos(ω t + α)

Alors, la valeur instantanée est égal a la projection de la valeur instantanée complexe sur un axe de référence.

a(t) = Re(a(t))

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/Instant.htm [27/01/2004 17:26:56]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/InstComp.htm

La valeur instantanée complexea(t)

La valeur instantanée complexe est un vecteur tournant dont la projection sur un axe de référence fournit la valeur instantanée d'une grandeur cosinusoïdale de pulsation ω et déphasage initial α.

a(t) = A √2 e j(ω t+α) = A √2 [cos(ω t + α) + j sin(ω t + α)]

Le module de la valeur instantanée complexe est la valeur maximale de la grandeur électrique.

•a(t)•= A √2 = AM

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/InstComp.htm [27/01/2004 17:26:57]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/VectTour.htm

Vecteur tournantVecteur spatial qui tourne en fonction du temps. Son origine est fixe et l'extrémité trace un cercle de rayon le module du vecteur.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/VectTour.htm [27/01/2004 17:26:57]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/Max.htm

La valeur maximaleLa valeur maximale est le valeur de crête d'une grandeur électrique.

AM = max(a(t))

La valeur maximale d'une grandeur électrique est atteinte pour:

t = - α / ω

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/Max.htm [27/01/2004 17:26:58]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/Efficace.htm

La valeur efficaceLa valeur efficace d'un courant fonction du temps est la valeur d'un courant continue qui dégage la même puissance sur une résistance.

En général, la valeur efficace d'une fonction est la racine carrée de la valeur moyenne de la fonction au carré:

Normalement, les grandeurs électriques ont une expression cosinusoïdale de sa valeur en fonction du temps. Pour un courant cosinusoïdal de valeur maximale Imax, la valeur efficace a l'expression connue:

Ieff =Irms = Imax/√2

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/Efficace.htm [27/01/2004 17:26:59]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/Phaseur.htm

Le phaseurA = A•α = A (cos(ω t + α) + j sin(ω t + α))

Nombre complexe de module A et d'argument α. Le plus fréquemment, A désigne un phaseur de valeur efficace A tel que la valeur instantanée complexe est

a = A √ ejωt

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/Phaseur.htm [27/01/2004 17:26:59]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/Recap.htm

Tableau Récapitulatif

a(t) = A √2 cos(ω t + α) valeur instantanée a(t) = Re(a(t))

a(t) = A √2 ej(ωt+α) valeur instantanée complexe

A = max(a(t)) / √2 valeur efficace

AM = max(a(t)) valeur maximale

A = A•α phaseur

iABcourant circulant de A vers B (flèche de A vers B)

vBA = vA-vBpotentiel de A par rapport à B (flèche de B vers A)

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Notations/Recap.htm [27/01/2004 17:26:59]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Normal/Mono.htm

Schéma équivalent monophaséPour étudier un réseau triphasé, on doit représenter chaque élément (générateur, moteur, ligne, transformateur, charge, ...) par un modèle le plus exacte possible pour le cas à étudier. Par exemple, pour une ligne:

si on veut simuler exactement les phénomènes de propagation, le modèle devrait tenir compte de chacun des fils de chaque phase (chaque phase peut avoir 1, 2, 3 ou 4 fils), des deux fils de garde (qui servent de paratonnerre), des isolants, de la forme des pilons, des composantes physiques du sol, des distances entre chaque élément, etc. En tenant compte de tout ça, on peut avoir un modèle triphasé. Nous pouvons facilement déduire que les paramètres électriques du terne (ensemble de fils d'une phase) de milieu sont différents à ceux des ternes des côtés.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Normal/Mono.htm (1 of 3) [27/01/2004 17:27:00]


Lorsque notre réseau devient grand, la complexité du modèle augmente. Nous allons simplifier le modèle selon le niveau d'étude qu'on veut faire.

Normalement, nous allons considérer que les éléments triphasés donnent une réponse triphasée équilibré si nous les alimentons avec une tension triphasée équilibrée. De cette façon, les tensions dans les trois phases vont être sinusoïdales et déphasées entre elles de 3π/2 rad. De même, pour les courants. Notre circuit triphasé équilibré peut se réduire, alors, à l'étude d'une seule phase, sachant que les courants et tensions de deux autres en dépendent. Cela nous amène au schéma équivalent monophasé:



Lorsque nous ne pouvons pas négliger que les trois phases ne donnent pas une réponse triphasée équilibré (ce qui reflet mieux la réalité), il est conseillé d'utiliser la méthode de composantes symétriques (Fortescue) pour résoudre de circuit.


http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Normal/Applic.htm

Application pratique du schéma équivalent monophasé

Les éléments d'un réseau triphasé sont normalement définis par les grandeurs nominales de tension et puissance. Ces valeurs sont toujours triphasés, i.e., tension phase-phase et puissance triphasée. Dans le cas d'un système équilibré, nous avons: U tension phase-phase V tension phase-neutre V = U / √3I courant de ligne S puissance triphasée S = √3 U I* = 3 V I*

Exemple: soit une source alternative triphasée sinusoïdale équilibrée de 1 MW qui alimente une charge Z connectée en étoile. La tension à vide de la source est de 10 kV et elle a une impédance de source de 5%. L'impédance de la ligne est de 4 Ω. La charge est purement résistive et elle consomme 30 kW à tension nominal (10 kV).

Résolution: magnitudes de base Ubase = 10 kV, Sbase= 1MVA

Le schéma équivalent triphasé est le suivant:

Comme la tension fournie est équilibrée et les impédances des éléments (source, ligne et charge) sont équilibrées et linéaires, le courant va être aussi équilibré. Le courant dans le fil de neutre est nul. Les tensions et les courants au même endroit dans chacune des phases ont la même amplitude et sont décalés de 120°.

Alors, nous pouvons éliminer, par exemple, les phases B et C et résoudre le circuit avec la phase A et le neutre:

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/Normal/Applic.htm [27/01/2004 17:27:00]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/LoadFlow/Formul.htm

Formulation d’un problème de load flow:

Considérons un réseau maillé d’interconnexion et de transport constitué d’un ensemble de lignes aériennes et souterraines et de transformateurs triphasés. Les bornes extrêmes de lignes et des transformateurs sont connectées entre elles par des jeux de barres qui forment les accès du réseau. Chaque jeu de barres triphasé du réseau constitue donc un accès du réseau triphasé auquel on peut raccorder des producteurs, des utilisateurs (ou de nouvelles lignes et de nouveaux transformateurs). Lorsqu’on représente les 3 phases du réseau, un accès triphasé correspond à 4 nœuds (un par phase plus la terre). Toutefois en régime symétrique, le réseau peut être représenté par un schéma unifilaire se rapportant à la première phase, on ne fait figurer qu’un seul noeud par accès (numérotés de 1 à N) avec un noeud (N+1) représentant la terre commune à tous les accès. Les modèles de lignes, de transformateurs, de charges et de sources ont été établis au chapitre 12 du cours. Les quatre variables principales d’un accès n° i en régime symétrique sont:

· | Vi | = amplitude de la tension simple (par rapport à la terre) au nœud n°i· δi = phase de la tension simple au nœud n°i· | Ii |= amplitude du courant injecté au nœud n°i, c’est le courant quittant le nœud et allant vers les utilisateurs et les générateurs locaux· αi = phase du courant injecté au nœud n°i Les courants injectés (amplitude et phase) n’interviennent cependant pas comme variables dans les modèles de charges et de sources. Ils sont remplacés par les puissances apparentes injectées. La puissance apparente injectée est définie par: Si = Vi Ii* = Pi + j Qi avec Pi = Pgi - Pci Qi = Qgi - Qci Ii : courant injecté au nœud iPi : puissance active injectée au nœud iQi : puissance réactive injectée au nœud iPgi, Qgi : puissances active et réactive générées au nœud iPci, Qci : puissances active et réactive consommées au nœud i D’après la théorie des circuits, le réseau est complètement décrit par les relations: I = Y VY est la matrice des admittances nodales dont les éléments sont facilement calculables dans un réseau sans mutuelle (voir cours de théorie des circuits). Chaque élément de cette matrice est un complexe caractérisé par son amplitude Yij et sa phase bij. Pour un réseau comportant n nœuds, il y a n relations complexes soit 2n relations réelles. Si l’on utilise les variables Pi et Qi au lieu de I Ii I et ai, on peut établir 2n relations non-linéaires de la forme: Pi = Fpi(Vi, Vj, di, dj, Yij, bij, mk) Qi = Fqi(Vi, Vj, di, dj, Yij, bij, mk) i = 1....n, j = 1....n · les variables mk sont les rapports de transformation des transformateurs

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Tri/LoadFlow/Formul.htm (1 of 3) [27/01/2004 17:27:01]


· les fonctions Fpi et Fqi sont non linéaires Nous disposons donc de 2n relations (2 relations pour chaque nœud) liant un certain nombre de grandeurs entre elle. Pour désigner les variables connues (indépendantes) et inconnues (dépendantes), il y a lieu de les classer suivant le type de problème rencontré en considérant le réseau comme un système au sens de l’automatique. Classification des grandeurs: La classification la plus souvent rencontrée est la suivante: 1. Les variables de perturbation (appelées parfois de demande):Ce sont les variables Pci et Qci. Elles sont mesurables et pour les études de load flow, on les suppose constantes et connues. 2. Les variables de commande (appelées parfois d’entrée):Ce sont toutes les grandeurs sur lesquelles il est possible d’agir de manière à satisfaire à un bilan donné de production / consommation d’énergie électrique compte tenu de certaines contraintes et d’objectifs fixés. Dans la plupart des cas, ces variables sont les suivantes:· amplitude des tensions en tous les nœuds de production. Ce sont des nœuds reliés à des centrales de production d’énergie électrique.· puissance active produite en tous les nœuds de production excepté au nœud bilan. Au nœud bilan, la puissance active produite est calculée après la résolution du problème. En effet, le comportement électrique du réseau est caractérisé par un bilan de puissance active qui s’exprime comme suit:

Les variables Pci étant supposées constantes et les pertes de puissance étant inconnues à priori (elles dépendent de la solution du problème), il n’est pas possible d’imposer de manière indépendante toutes les variables Pgi. Il faut donc libérer en un nœud la variable Pg associée. Ce nœud est précisément le nœud bilan. Pg sera donc calculée après la résolution du problème de sorte que le bilan de puissance active soit assuré. · admittances de batteries de capacités ou d’inductances s’il y en a.· rapports de transformation des transformateurs. 3. Les variables d’états:Ce sont les variables dont la connaissance permet le calcul de toute autre grandeur présentant un intérêt pour le problème étudié. Ces variables sont les suivantes:· amplitude des tensions en tous les nœuds du réseau· phase des tensions en tous les nœuds du réseau Remarque:On peut également remplacer l’amplitude et la phase respectivement par la partie imaginaire du phaseur tension. 4. Variables de sortie:Ces variables sont fonction des variables de perturbation, de commande et d’état. nous pouvons citer par exemple:· les transits de puissance active et réactive dans les lignes



· les puissances réactives produites aux nœuds· la puissance active produite au nœud bilan· les courants injectés aux nœuds· les amplitudes des courants de ligne. L’examen des équations fait apparaître les différences entre les phases des tensions aux nœuds. Il faut donc donner une valeur arbitraire généralement égale à 0 à la phase de la tension en un nœud. Ce nœud est appelé nœud de référence. Le nœud bilan et le nœud de référence sont souvent confondus en un seul nœud appelé nœud pivot ou nœud balancier ou encore improprement nœud de référence où la tension est fixée en amplitude et en phase. Ce nœud porte souvent le numéro 1. Résumé: Nous pouvons formuler un problème de load flow de la manière suivante:· Ecriture de 2 équations non-linéaires d’équilibre de puissance pour chaque nœud du réseau.· Classer les variables et définir le type de chaque nœud· Résoudre le système d’équations (calcul des variables d’état inconnues)· Calcul des grandeurs de sortie. Les équations étant non-linaires, la résolution doit faire appel à une méthode numérique (méthode de Newton-Raphson). La classification des variables définies précédemment n’est pas unique mais dépend des particularités du problème étudié. Dans la réalité, un problème de load flow ne s’exprime pas uniquement en termes d’équations mais également en termes d’inéquations. Ces inéquations traduisent les contraintes concernant le fonctionnement du réseau. Ce sont, par exemple, les limites de puissance active et réactive produites par une centrale, les limites de l’amplitude de la tension en un nœud donné. Il faut aussi parfois optimiser le coût de la production de puissance active et réactive. La résolution de tels problèmes, souvent fort complexes, fait également appel à des méthodes numériques. Il faut alors reclasser les variables et, les variables de commande définies précédemment peuvent devenir des variables d’état à déterminer de manière à satisfaire certaines contraintes et/ou à optimiser un coût. Tous les programmes de load flow professionnels permettent de résoudre ce type de problème. Il existe par exemple dans le programme NAP (Network Analysis and Planning) du produit SEPLAN, deux modules CPF (contrained power flow) et OPF (optimum power flow) permettant de résoudre des problèmes où interviennent des contraintes (CPF) et/ou une optimisation de coût (OPF). Dans le cadre de cette manipulation, nous travaillerons principalement avec le module ILF (initial load flow) permettant de traiter les problèmes sans contrainte et sans optimisation de coût. Le CPF et l’OPF sont matière du cours de « Statique et dynamique des réseaux électriques ».


index principe des machines

Généralités

Plaque signalétique Rendement Classification Schémas de câblage

Transformateur

Description Principe de fonctionnement

Machine à courant continu

Description Collecteur Principe de fonctionnement Réaction d'induit Commutation Type de machines Couplage des enroulements

Machine asynchrone

Description Définition du champ tournant Définition du champ pulsant Principe de fonctionnement

Machine synchrone

Description principe de fct en alternateur principe de fct en moteur

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/ind_mach.htm [27/01/2004 17:27:01]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Transfo/DescTFO.htm

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/General/PSignal.htm

La plaque signalétique

La plaque signalétique est la carte d'identité d'une machine:

On y trouve

1. Le type de machine2. La numéro de série de la machine3. Les caractéristiques importantes de la machine

Suivant le type de machine, ces caractéristiques seront différentes :

Détaillons la plaque signalétique d'une machine synchrone

1. Alternateur (c'est donc une machine synchrone)

2. 3 phases, la tension fournie par l'alternateur sera triphasée

3. Couplage étoile, les enroulements statoriques doivent être couplés en étoile.

4. Sn = 17.5 kVA5. Un = 110V6. In = 90 A7. Ωn = 1000 tr/min8. VnExcitation = 110V9. InExcitation = 5.5 A

Notons que toute machine électrique est complètement réversible et l'alternateur dont la plaque est montrée ci dessus peut parfaitement être utilisé en moteur synchrone.

Le choix de la dénomination de la machine synchrone (Alternateur ou moteur) réside simplement dans la définition de la puissance.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/General/PSignal.htm (1 of 2) [27/01/2004 17:27:02]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/General/PSignal.htm

Alternateur : la puissance indiquée (kVA) est apparente maximale que peut fournir l'alternateur (cette valeur est arrondie)

Moteur : la puissance indiquée (HP= Horse Power = 0.746 kw) est la puissance mécanique maximale que peut fournir le moteur.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/General/PSignal.htm (2 of 2) [27/01/2004 17:27:02]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/General/Rend.htm

Rendement des machines électriques

Il existe de nombreuses de méthodes pour calculer le rendement des machines électriques. Cependant, nous pouvons les classer en deux catégories:

Les méthodes directes:Elles consistent à déterminer la puissance mécanique par l’intermédiaire d’un frein.

Les méthodes indirectes:Elles consistent à calculer indirectement la puissance mécanique à l’arbre en déterminant les pertes à partir d’essais à vide ou à faible charge (par exemple méthode de Swinburne).

On pourrait croire que la méthode directe est plus précise que la méthode indirecte. Cependant, c’est l’inverse que l’on constate. En effet, l’erreur, qui accompagne toute mesure, n’intervient que sur les pertes (soit moins de 10% de la puissance globale), tandis que, pour une méthode directe, elle intervient sur la totalité de la puissance.

En fonctionnement moteur, dans le cas d'une machine à courant continu, on a donc :

Parmature + Pexcitation = Pméca + Ppertes

En fonctionnement dynamo, dans le cas d'une machine à courant continu, on a donc :

Pméca + Pexcitation = Parmature + Ppertes

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/General/Rend.htm (1 of 3) [27/01/2004 17:27:03]


ηdirect = Pméca /(Parmature+Pexcitation)

et

ηind = (Parmature + Pexcitation - Ppertes)/(Parmature + Pexcitation)ηdirect = Parmature/(Pméca+Pexcitation)

et

ηind = Parmature/(Parmature + Ppertes)

Si l'on fait tourner un moteur à vide, c'est à dire qu'il ne fourni pas de puissance mécanique, l'énergie électrique fournie ne sert qu'à vaincre les pertes.

Si Pméca = 0

et fctment moteur

AlorsParmature + Pexcitation = Ppertes



De plus, la puissance fournie à l'excitation Ve.Ie = Re.Ie²

cad les pertes joules à l'excitation

etla puissance fournie à l'armature Va.Ia0 = Ra.Ia0²+e.Ia0

où Ia0 est le courant d'armature consommé par le moteur lorsqu'il n'entraîne pas de charge

Ra.Ia0² = pertes joules à l'armature à videe.Ia0 = pertes fer et pertes mécaniques à vide = pertes en rotation à vide

Finalement, si on fait la même hypothèse que Swinburne, cad que les pertes en rotation sont indépendantes de la charge, eIa0, représente les pertes en rotation dans la machine, pour cette valeur de e (et donc de Ie et Ω) et pour toute valeur de Ia (cad de la charge)


http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/PRot.htm

Pertes en rotation Le terme "pertes en rotation" englobe simplement les pertes mécaniques et les pertes fer. On regroupe ces pertes ensemble car souvent, il est difficile de les mesurer séparément. Dans le cas d'une machine à courant continu, si l'on fait la même hypothèse que Swinburne, L’équation de la machine à courant continu (moteur) à vide peut s’écrire:

V = e + Ra Ia0 où Ia0 est le courant consommé à vide

En multipliant cette équation par Ia0, on obtient:

V Ia0 = e Ia0 + Ra Ia0

2

Le premier membre représente la puissance absorbée à vide.Le premier terme du second membre représente les pertes en rotation.Le second terme du second membre représente les pertes Joule de l’induit.

Si l'on connaît la dépendance de Ra en fonction de Ia, En mesurant, Va et Ia0 on peut déterminer ces pertes en rotation.

Détermination des pertes par rotation:

Les pertes par rotation dépendent de la vitesse de rotation et du courant d'excitation, c'est à dire de la force électromotrice e. Ce qui nous intéresse ce sont ces pertes à vitesse nominale (1000 tours/min).

On va donc déterminer les pertes par rotation e.ia0 en fonction de e, qui fixe l'état magnétique de la machine. On fait l'hypothèse que l'état magnétique de la machine est indépendant de la charge. La courbe pourra donc être utilisée indifféremment à vide ou en charge.

L'expérience consiste donc à faire varier l'état magnétique de la machine et de mesurer les grandeurs nécessaires pour l'évaluation des pertes par rotation. La machine étudiée étant câblée en moteur à excitation indépendante. Mais, que se passe-t-il quand on modifie l'excitation d'un moteur à excitation indépendante? Sa vitesse varie. Or la vitesse doit être maintenue constante. On va donc appliquer au moteur une tension continue variable telle que la vitesse soit maintenue constante pour tout courant d'excitation.

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http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/NOTIONS/Mag/PRot.htm

On commence à partir de l'excitation maximale, on applique la tension d'alimentation telle que la vitesse de rotation soit de 1000 tours/min. On mesure les courants et les tensions, on peut donc calculer e et e.ia0. On diminue ie et on refait la même démarche. Il ne reste qu'à tracer la courbe e.ia0 en fonction de e.

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Classification des Machines ElectriquesLes Machines Electriques sont des convertisseurs électromagnétiques d'énergie.

Les Machines Tournantes sont des convertisseurs électromagnétique- mécaniques d'énergie.

Toutes les machines électriques sont réversibles.

Un Moteur est un convertisseur électrique -mécanique.

Un Générateur est un convertisseur mécanique- électrique.

Les machines peuvent être:

Fixes: Transformateur

Tournantes:

A Champ Statorique Fixe: Machine à Courant Continu

A Champ Statorique Tournante:

Bobinage Rotorique en Courant Continu: Machine Synchrone

Bobinage Rotorique en Courant Alternatif: Machine Asynchrone

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/General/Class.htm [27/01/2004 17:27:04]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Transfo/DescTFO.htm

DESCRIPTION

Description d'un moteur à courant continuSur les schémas ci contre, nous voyons les parties essentielles d'une machine à courant continu. Pour mieux les cerner, nous allons les décrire brièvement:

La carcasse (ou culasse):

Elle sert à deux choses:

1. à supporter les différentes parties de la machine


Les pièces polaires:

Elles sont constituées de tôles feuilletées (pour réduire les pertes par courants de Foucault et permettent de supporter les bobines d'excitation de la machine. Elles permettent donc de produire un champ d'induction intense.

L'enroulement d'excitation:

Il est monté sur les pièces polaires et l'ensemble forme un électro-aimant. Lorsque l'enroulement

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Mcc/DescMCC.htm (1 of 3) [27/01/2004 17:27:06]

DESCRIPTION

est parcouru par un courant, il produit un champ magnétique. Comme le champ produit doit être intense, l'enroulement est constitué d'un grand nombre de spires.

Le type de fil utilisé dépend de la façon dont l'enroulement est câblé dans la machine. -Si la machine est de type shunt :l'enroulement est constitué de fins fils, -Par contre si la machine est de type série, l'enroulement est destiné a être parcouru par le même courant que le courant d'armature et est donc constitué de câbles de forte section.

L'enroulement d'induit ou d'armature:

L'induit tourne entre les pièces polaires. Il se compose de l'axe, du noyau, des enroulements et du collecteur. Sa structure est un noyau de fer feuilleté pour réduire les pertes par courants de Foucault.

Le collecteur:

Il se compose de lames de cuivre isolées les unes des autres et de l'axe, par du mica. Les extrémités des lames comportent de petites encoches auxquelles sont soudées les spires de l'induit.

Les balais:

Les balais frottent contre le collecteur et permettent de récolter la force électromotrice induite. Ils sont en carbone.


DESCRIPTION


LE COLLECTEUR

Le collecteurPour expliquer le rôle du collecteur, nous allons considérer que la machine à courant continu travaille en mode générateur. Le but de celle-ci est de produire une tension, donc un courant unidirectionnel dans la charge qui est connectée à ses bornes. Cependant la rotation du rotor dans le champ d'induction nous permet d'obtenir une force électromotrice alternative. Il faut donc réaliser un redressement de la tension. C'est le rôle du collecteur.

Pour réaliser ce redressement, on utilise le dispositif qui se trouve ci-dessous:

Sur ce dessin nous voyons une bague collectrice divisée en deux parties. L'une des parties est connectée à une extrémité de la spire et l'autre à l'autre extrémité. Sur ces deux bagues se trouvent les balais formant l'axe neutre de la machine.

Voyons ce qui se passe lorsque le cadre tourne dans le champ d'induction. Nous supposerons que la position 0° est celle du cadre quand il se trouve perpendiculaire aux lignes d'induction.

Dans cette position la force électromotrice récoltée aux bornes des balais vaut 0 V car les balais court-circuitent les deux bagues. Lorsque le cadre quitte cette position, la force électromotrice induite commence à augmenter progressivement. Ceci est rendu possible par le fait que le balai noir se trouve sur la demi-bague noire et que le balai blanc se trouve sur l'autre demi-bague. Lorsque le cadre mobile arrive parallèlement aux lignes du champ d'induction, la force électromotrice induite devient maximale. Le cadre continuant à tourner, la force électromotrice induite ne peut faire que décroître.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Mcc/Collect.htm (1 of 3) [27/01/2004 17:27:07]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Defs/ChpInduc.htm

LE COLLECTEUR

Elle s'annulera quand les deux balais court-circuiteront à nouveau les deux demi-bagues. A ce moment, le balai noir entre en contact avec la demi-bague blanche et le balai blanc entre en contact avec la demi-bague noire. On se rend donc compte que le balai noir reste toujours en contact avec le conducteur qui parcourt le champ d'induction du haut vers le bas. De ce fait la force électromotrice récoltée aux bornes du balai se comporte comme dans le cas précédent. Nous avons donc obtenu le redressement de la tension comme indiqué sur le graphique suivant:

Cependant la tension n'est pas encore parfaitement continue. Pour obtenir une tension beaucoup plus continue, rien ne nous empêche de placer plusieurs spires. De ce fait nous pouvons obtenir une tension beaucoup plus continue. Il est à remarquer que le nombre de lames du collecteur augmente. Pour trois spires nous obtenons la tension suivante (Regardez celle en rouge):


LE COLLECTEUR


CHAMP TOURNANT

Définition du champ tournantPour expliquer la notion de champ tournant, nous allons supposer que l'on possède un stator de machine asynchrone possédant une seule paire de pôles. Ce stator est donc composé de trois bobines décalées d'un angle de 120°. En appliquant un système de tensions équilibrées d'ordre direct sur ces trois enroulements, nous créons un champ tournant d'ordre direct. Voyons comment nous pouvons le mettre en évidence.

La première chose à réaliser, avant d'expliquer comment le flux dans la machine tourne, est de définir le sens positif du flux dans chaque bobine. Nous considérerons le sens positif du flux lorsque le courant rentre dans le conducteur à l'endroit de la lettre et ressort à l'opposé. On peut utiliser la règle de la main droite pour découvrir son orientation. Le dessin ci-dessous représente ce qui vient d'être dit.

Le système de tensions d'ordre direct, représenté ci-dessous, est appliqué sur les enroulements:

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Mas/PAGE2.HTM (1 of 5) [27/01/2004 17:27:08]

CHAMP TOURNANT

Au temps t1:

On voit que le courant dans la phase R vaut l'unité tandis que le courant dans la phase S et T vaut -1/2 l'amplitude du courant qui circule dans la phase R.



CHAMP TOURNANT

Au temps t2:

On voit que le courant dans la phase R vaut l'opposé du courant qui circule dans la phase S.



CHAMP TOURNANT

On voit par l'intermédiaire de ces deux dessins que le champ a tourné: il est donc tournant. Il faut encore signaler que l'amplitude de ce champ est constant quel que soit le temps considéré (en sinusoïdal).

Dans l’animation suivante, observez la densité de flux tournante. La densité de flux est plus importante dans les régions présentées par une intensité de couleur jaune.

Remarque importante:


CHAMP TOURNANT

On peut créer un champ tournant:

1°) par une bobine tournante parcourue par un courant constant.

2°) par un système de m (>=2) bobines disposées symétriquement et parcourues par des courants constituant un système polyphasé équilibré.


DESCRIPTION

Description d'une machine asynchroneLe moteur asynchrone est constitué des différentes parties suivantes:

La carcasse (ou stator):

Elle sert à trois choses:



3. à supporter les enroulements statoriques triphasés qui permettront de créer un champ tournant.

Le feuilletage du stator permet de réduire très fortement les pertes par courant de Foucault, donc l'échauffement.

L'induit (ou rotor):

Le rotor tourne dans l'inducteur de la machine asynchrone. Il se compose de l'axe, du noyau et des enroulements rotoriques. Sa structure est un noyau d'acier feuilleté pour réduire les pertes par courants de Foucault.

Deux types de rotor existent pour une machine asynchrone:

1°) Le rotor bobiné:

Il comprend un bobinage triphasé câblé en étoile et logé dans les encoches rotoriques. L'extrémité libre de chaque enroulement est relié à une bague qui tourne avec le rotor. Ces bagues permettent de raccorder une résistance qui permet le démarrage du moteur. Une fois celui-ci terminé, les trois bagues sont court-circuitées.

2°) Le rotor à cage d'écureuil:

A la place d'avoir des enroulements bobinés sur le rotor, on a coulé, à l'emplacement des encoches, des barres d'aluminium qui vont servir de bobines pour la machine. De cette façon, il n'y a plus besoin de bagues pour permettre l'insertion d'une résistance dans le rotor. En effet ces barres ont une résistance qui évolue en fonction de la fréquence (mettre ceci en rapport avec le démarrage d'une machine asynchrone sur cage d'écureuil).

Une machine à rotor à cage d'écureuil est beaucoup plus robuste que la machine à rotor bobiné. En effet, il n'y a aucun contact électrique entre le rotor et le stator.


DESCRIPTION


DESCRIPTION

Description d'un moteur synchroneLe moteur synchrone est constitué des différentes parties suivantes:

Le stator:

Il sert à trois choses:



3. à supporter les enroulements statoriques triphasés qui permettront de créer un champ tournant ou de récolter un système de tensions alternatives triphasées d'ordre direct.

Le feuilletage du stator permet de réduire très fortement les pertes par courants de Foucault, donc l'échauffement.

Le rotor:

Le rotor tourne dans l'inducteur de la machine synchrone. La structure du rotor d'une machine synchrone dépend de l'utilisation de celle-ci:

1°) Rotor à pôles saillants:

Lorsque la vitesse de rotation de la machine est relativement faible, il faut un grand nombre de paires de pôles pour obtenir du 50 Hz. On place alors un grand nombre de paires de pôles à sa périphérie. Ceux-ci sont saillants vu que le diamètre de la machine peut être plus important (les enroulements qui se trouvent sur ces pôles sont bobinés).

2°) Rotor à pôles lisses:

Lorsque la vitesse de rotation de la machine devient importante, il n'est plus possible de placer des pôles saillants sur le rotor de la machine. On insère alors les enroulements dans des encoches sur le rotor.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Ms/PAGE1.HTM (1 of 2) [27/01/2004 17:27:09]

DESCRIPTION

La cage d'écureuil:

Dans des encoches positionnées à la périphérie du rotor, on insère des conducteurs court-circuités formant une cage d'écureuil comparable à celle des moteurs à induction. Cette cage a pour rôle de démarrer la machine synchrone lorsqu'on l'utilise en moteur. Elle peut aussi servir comme enroulement amortisseur.

L'excitatrice:

Elle a pour rôle de fournir le courant d'excitation de l'inducteur. Habituellement elle le fournit par l'intermédiaire de balais et de bagues.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Ms/PAGE1.HTM (2 of 2) [27/01/2004 17:27:09]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/General/SchCab.htm

Schéma de câblageLors de la réalisation d'un montage électrique, il est important de respecter les étapes suivantes:

Réalisation sur papier d'un schéma de câblage Réalisation du schéma électrique équivalent permettant de réaliser des prédéterminations et de

dimensionner les fils et rhéostats à utiliser. Recenser les mesures à réaliser Câblage du montage, sans la prise de mesure. Câblage des mesures.

De plus, il est important d'utiliser des schémas conventionnels de manière à ce que les plans puisse être compris par n'importe quelle personne qualifiée.

Voici une liste non exhaustive d'éléments de schémas :

Machine à courant continu

AB = induitGH = commutation

CD = excitation

Machine asynchrone

A, B, C = bornes du statora, b, c = bornes du rotor

Machine synchrone

A, B, C = bornes du statoref = excitation

, ,...

self, rhéostats, ...

Exemple: Démarrage d'un moteur à courant continu

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/General/SchCab.htm (1 of 2) [27/01/2004 17:27:10]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/General/SchCab.htm

1. Schéma équivalent électrique

2. Schéma de câblage

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/General/SchCab.htm (2 of 2) [27/01/2004 17:27:10]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Transfo/PrincTFO.htm

Un transformateur est un convertisseur d’énergie électrique à un niveaux de tension en énergie électrique à un autre (ou le même) niveau de tension.La conversion d'énergie se fait en deux temps, électrique- magnétique- électrique.Il n’a pas de composantes mobiles.Le circuit magnétique d'habitude n'a pas d'entrefer.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Transfo/PrincTFO.htm [27/01/2004 17:27:11]

PRINCIPE

Principe de fonctionnementLa machine à courant courant continu, comme toutes les autres machines électriques peut fonctionner en moteur ou générateur (appelé dynamo pour les machines à courant continu).

fonctionnement générateur:

Dans le cas d'une dynamo, les circuits d'inducteur et d'induit n'ont aucun contact électrique entre eux.

Le rôle d'un générateur est de fournir de l'électricité sous tension continue variable. Pour cela, il faut lui fournir de l'énergie mécanique sous forme d'un couple qui entraîne la rotation de la machine et également de l'électricité pour alimenter l'excitation.

L'excitation (If) crée un champ magnétique (Bf) comme montré ci-dessous:

Comme l'enroulement d'excitation est fixe (situé au stator) et est parcouru par un courant continu, le champ qu'il crée est de direction constante, l'axe des pôles d'excitation.

De plus, le couple extérieur fait tourner le rotor et par la même occasion l'enroulement d'induit bobiné sur ce rotor.

L'interaction d'un champ fixe et d'un conducteur mobile provoque l'apparition d'une tension induite (e) aux bornes de l'enroulement d'induit. Cette fem est recueillie et redressée par les balais qui frottent sur le collecteur.

Selon l'amplitude du champ créé par l'excitation (et donc selon la valeur du courant d'excitation), la tension induite sera d'amplitude variable.

Remarquons également que lorsque l'on connecte une charge à la source de tension continue que l'on vient de créer, il va circuler un courant dans la charge et dans l'enroulement d'induit. Ce courant va lui-même créer un champ qui va perturber le fonctionnement de la machine. Cet effet s'appelle la réaction d'induit.

fonctionnement moteur:

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Mcc/PcpeMcc.htm (1 of 2) [27/01/2004 17:27:12]

PRINCIPE

Pour comprendre son principe de fonctionnement, nous allons supposer que l'inducteur et l'induit sont électriquement séparés. Nous sommes alors dans le cas d'un moteur à excitation indépendante.

On alimente l'excitation du moteur. Celui-ci crée un champ d'induction de direction constante.

De plus, on fait circuler un courant dans le rotor en alimentant l'enroulement d'armature.

En vertu du principe de Laplace, l'interaction d'un courant avec un champ qui lui est perpendiculaire crée un couple sur les enroulements du rotor.

Ce couple entraîne la rotation du moteur.

Remarquons que le signe du couple dépend du sens du courant d'armature ou du sens du champ d'induction (et donc du courant d'excitation). L'inversion d'un de ces courants permet de changer le sens de rotation du moteur.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Mcc/PcpeMcc.htm (2 of 2) [27/01/2004 17:27:12]

REACTION D'INDUIT

La réaction d'induitQue ce soit en fonctionnement moteur ou en fonctionnement dynamo, deux champs sont produits à l'intérieur de la machine à courant continu. Nous allons voir que ces deux champs se superposent et produisent une réaction d'induit qui peut être dommageable pour le collecteur.

Le champ total produit dans une machine à courant continu est dû à la superposition de deux champs distincts:

1. le champ de l'inducteur qui est toujours perpendiculaire à l'axe neutre.

1. le champ créé par la circulation d'un courant à l'intérieur des enroulements rotoriques.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Mcc/RInduit.htm (1 of 2) [27/01/2004 17:27:13]

REACTION D'INDUIT

La superposition des deux champs implique une déformation de la répartition des lignes de force dans la machine. Cette modification de la répartition des lignes de force implique une modification de l'emplacement de l'axe neutre de la machine comme indiqué sur la figure.

Cette modification de l'emplacement de l'axe neutre de la machine peut conduire à un mauvais fonctionnement de la machine. Des étincelles peuvent apparaître au niveau du collecteur et produire une destruction de celui-ci. C'est le problème de la commutation.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Mcc/RInduit.htm (2 of 2) [27/01/2004 17:27:13]

LA COMMUTATION

La commutation

1. Solutions

2. Comment câbler la solution

Solutions:Lors de l'explication du collecteur, nous avons vu qu'à un moment donné les balais, qui frottent sur le collecteur, mettent en court-circuit un certain nombre de lames du collecteur. Cette mise en court-circuit d'une partie des lames du collecteur implique obligatoirement qu'il n'y a aucun courant qui circule à l'intérieur des enroulements qui sont en commutation. Ceci est vrai si les balais se trouvent sur l'axe neutre de la machine.

Cependant lors de l'étude de la réaction d'induit, nous avons vu qu'il y avait une déformation de la répartition du champ d'induction dans la machine. Cette modification de la répartition du champ d'induction dans la machine implique obligatoirement un déplacement de l'axe neutre de la machine. Cependant les balais ne changent pas de place et de ce fait il y a encore un courant qui circule à l'intérieur des enroulements quand les balais mettent en court-circuit une partie des lames du collecteur. Il y a donc des étincelles qui se produisent et qui risquent de détruire les lames du collecteur.

Pour éviter ces étincelles et la destruction des lames du collecteur plusieurs solutions existent.

Première solution:

La méthode bête et méchante, consiste à positionner les balais sur l'axe neutre de la machine pour un fonctionnement en pleine charge. De cette façon à pleine charge, il n'y aura jamais de problème de commutation. Par contre à faible charge il risque d'y en avoir, mais les courants étant relativement faibles le risque d'étincelles est fortement réduit.

Nous savons que la réaction d'induit est produite par le passage d'un courant électrique à l'intérieur des enroulements rotoriques. Pourquoi ne pas utiliser ceci pour essayer de la combattre et de ce fait repositionner l'axe neutre de la machine sur les balais.

Seconde solution:

Un autre moyen est d'utiliser de petits pôles auxiliaires appelés "pôles de commutation", entre les pièces polaires. Ils sont insérés en série avec l'induit et créent un champ qui s'oppose à la réaction d'induit.

La superposition des champs d'induit et de commutation au droit des balais donne la figure suivante:

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Mcc/Commut.htm (1 of 4) [27/01/2004 17:27:14]

LA COMMUTATION

où θr = champ magnétique créé par l'induitθc = champ magnétique créé par l'enroulement de commutation

θres = θc + θrBr+c = champ d'induction créé par θres

De ce fait la réaction d'induit est toujours annulée quelle que soit la valeur du courant qui circule dans l'induit.

Le champ d'induction résultant dans la machine a donc l'allure suivante :

où Bf = champ d'induction créé par l'excitationBr+c = champ créé par la réaction d'induit et la commutation.

Comment câbler la solution:


LA COMMUTATION

Comme expliqué précédemment, on ne peut évidement pas faire tourner un moteur si les pôles de commutation ne sont pas connecté ou sont mal connectés. Il faut donc déterminer le sens de connexion de l'enroulement de commutation vis-à-vis de l'enroulement d'armature.

Supposons que l'enroulement d'armature a pour bornes (A, B) et que l'enroulement de commutation est défini par les bornes (G,H). Faut-il connecter l'enroulement A-B en série avec G-H ou en série avec H-G ?

Il est important de se rappeler le rôle de l'enroulement de commutation est de créer un flux qui s'oppose au flux créé par l'enroulement d'armature au droit du balais.

Pour déterminer le sens de câblage, nous allons observer la tension aux bornes de l’enroulement de commutation lorsque l'on s’impose un échelon (enclenchement ou déclenchement de tension) aux bornes de l’induit A-B.

La tension qui apparaît dans l'enroulement G-H est telle qu'elle fait circuler dans l'enroulement de commutation un flux qui s'oppose au flux qui lui a donné naissance (loi de Lenz)

Si on applique un échelon positif de tension sur A-B

Schéma1

Et que la tension recueille est telle que dessinée en vert sur le schéma 1, le courant qui circulerait sous l'action de la fem induite dans l'enroulement de commutation montre que les enroulements doivent être connectés A-B-HG.


LA COMMUTATION

Schéma2

Et que la tension recueille est telle que dessinée en vert sur le schéma 2, on doit connecter les enroulements A-B-G-H

Le raisonnement s'effectue de manière similaire si on applique un échelon négatif sur A-B


Type de machine à courant continu

Différents types de machines à courant continu

Machine shunt ou à excitation dérivée

Le moteur shunt est composé d'un enroulement d'excitation situé au stator et d'un enroulement d'armature situé au rotor. Les deux enroulements sont connectés en parallèle et sont donc parcourus par des courants d'amplitudes fort différentes.

Enroulements d'armature et d'excitation Enroulements d'armature, d'excitation et de commutation

Machine série

Le moteur série se compose d'un enroulement d'armature situé au rotor de la machine ainsi que d'un enroulement d'excitation situé au stator. La différence par rapport au moteur shunt est que ces enroulements sont connectés en série et sont donc parcourus par le même courant. Les spires d'excitation sont donc, comme celles de l'induit réalisées à partir de fils de gros diamètre.

Machine Compound ou à excitation composée

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Mcc/TypeMcc.htm (1 of 3) [27/01/2004 17:27:17]


Le moteur compound est constitué des mêmes enroulements que le moteur shunt mais il y a un enroulement supplémentaire au niveau du stator. Il est donc situé au même endroit que l'enroulement d'excitation mais il est parcouru par le courant d'armature.

Le flux présent dans l'entrefer résulte donc du flux produit par l'excitation (flux e) et de celui produit par l'enroulement supplémentaire (flux a). Si les flux sont dans le même sens, nous dirons que le montage effectué est concordant, sinon il est discordant. Néanmoins, en regardant la machine et ses bornes, il est impossible de prévoir si le montage effectué est concordant ou discordant. En effet, nous ne savons pas comment sont bobinés les enroulements à l'intérieur de la machine. Nous ne pourrons le savoir qu'après l'étude des caractéristiques de la machine, qui diffèrent d'un montage à l'autre. Comment?

Prenons le cas du moteur discordant. Le flux total

flux total = flux e - flux a

présent dans l'entrefer est donc réduit par rapport au cas du moteur shunt où seul flux e est présent. Le moteur va donc tourner plus vite. Pourquoi?

Soit l'équation du moteur à courant continu

Val = e + ra ia = K flux w + ra ia = constante.

Si le flux diminue, comme la constante de temps mécanique est beaucoup plus importante que la constante électrique, la vitesse va, dans un premier temps, rester constante. C'est donc ia qui va augmenter, et beaucoup plus que le flux ne diminue car K w est beaucoup plus grand que ra. Le couple moteur Cm = K flux ia va aussi augmenter. Le moteur va donc accélérer et se stabiliser à un nouveau point d'équilibre, à une vitesse supérieure.

Pour le moteur concordant, le flux total

flux total = flux e + flux a

est augmenté. C'est donc l'inverse qui se passe: la vitesse du moteur est inférieure à celle du moteur shunt.

L'intérêt du moteur compound concordant est d'améliorer la stabilité du moteur shunt, qui peut ne pas être stable (dépend de sa construction). Malheureusement, la pente étant plus faible, une vitesse constante pour tout couple moteur n'est plus aussi bien assurée.

Machine compensée

Cette machine possède un enroulement en série avec l'enroulement d'armature mais situé dans des encoches de la face intérieur des pôles.Le but de ces enroulements est de compenser la réaction d'induit sous le pôle et non au niveau des balais.

Le schéma ci dessous montre les ligne de flux dans le moteur lorsque l'on considère le flux créé par l'ensemble des enroulements. La fmm (θres= fmm créée par l'induit, la commutation et la compensation) est donc quasi nulle tout au long de l'entrefer. Il ne reste donc, dans l'entrefer que la fmm créée par l'excitation.



Les fils utilisés pour ces enroulements doivent donc être de grosse section comme le montre la figure ci dessous.


COUPLAGE

Couplage des enroulementsL'induit Des_mcc, tel qu'il apparaît dans la plupart des cas, est un induit en tambour. Sur ce type d'induit, il est possible de réaliser deux types d'enroulements: l'enroulement imbriqué ou l'enroulement ondulé.

L'enroulement imbriqué:

Il est utilisé pour les forts débits et comporte beaucoup de trajets parallèles à l'intérieur de l'induit. Il y a donc un grand nombre de pôles et un nombre correspondant de balais.

L'enroulement ondulé:

Il est utilisé en hautes tensions. Il n’offre que deux trajets parallèles et ne peut utiliser que deux balais, quel que soit le nombre de pièces polaires.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Mcc/Enroul.htm (1 of 2) [27/01/2004 17:27:17]

COUPLAGE

La seule différence existant entre les deux types d'enroulements est la façon dont ceux-ci sont câblés.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Mcc/Enroul.htm (2 of 2) [27/01/2004 17:27:17]

CHAMP PULSANT

Définition du champ pulsant

Si nous considérons une seule bobine parcourue par un courant sinusoïdal, le champ qui est créé est pulsant.

On peut démontrer que tout champ pulsant est la somme de deux champs tournants de même amplitude, de même vitesse mais de sens contraire. Celui qui tourne dans le sens positif est appelé champ direct.

Celui qui tourne dans le sens négatif est appelé champ inverse. Leur amplitude est égale et vaut la moitié de l'amplitude du champ pulsant.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Mas/PAGE3.HTM [27/01/2004 17:27:18]

PRINCIPE

Le principe de fonctionnementLa machine asynchrone est constituée de deux parties essentielles: le stator et le rotor. Nous considérerons pour la suite que le rotor est constitué de barres qui sont placées en court-circuit.

Rappel:

Pour comprendre comment la machine tourne, il faut se rappeler la loi de LENZ: toute variation de flux dans une spire provoque un courant induit qui tend à s'opposer à la cause qui lui a donné naissance.

Par ce rappel, nous voyons directement qu'un courant induit existe dans les barres. Ce courant circule dans le rotor grâce à la force électromotrice e = - dflux / dt, comme indiqué sur la figure suivante:

Nous possédons maintenant tous les éléments pour expliquer pourquoi la machine tourne. Laplace nous dit que tout conducteur parcouru par un courant et soumis à un champ d'induction subit une force. Ici le champ d'induction est produit par le stator et le courant circule dans les barres du rotor. Il y a donc une force qui est exercée sur le rotor => un couple.

Remarque:


PRINCIPE

Au niveau du stator circule un courant qui est la composante de deux courants:

1°) le courant qui crée le champ d'induction et qui se trouve en quadrature avec la tension.

2°) le courant qui résulte de la circulation du courant rotorique. Ce courant se trouve en phase avec la tension pour un moteur et en opposition de phase pour une génératrice.


http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Defs/ChpInduc.htm

PRINCIPE

Le principe de fonctionnement en alternateur

Pour produire un système de tensions triphasées alternatives, il faut d'une part un inducteur et de l'autre un induit. Dans le cas d'un alternateur l'inducteur se trouve au rotor de la machine synchrone et l'induit se trouve au stator.

Le rotor qui est l'inducteur est alimenté en courant continu via deux bagues qui se trouvent sur le rotor. Cette alimentation crée un champ d'induction constant en amplitude et direction pour un observateur placé sur le rotor.

Cependant il ne faut pas oublier que le rotor tourne par l'intermédiaire d'une turbine. Il en résulte que le stator voit un champ tournant. Ce champ tournant induit des forces électromotrices dans les enroulements triphasés du stator. Nous obtenons donc un système de tensions équilibrées au stator.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Ms/PAGE2.HTM [27/01/2004 17:27:19]

PRINCIPE

Le principe de fonctionnement en moteur

Un moteur synchrone ne peut démarrer seul. C'est pour cette raison que l'on insère au rotor une cage d'écureuil pour qu'il démarre comme un moteur asynchrone.

En alimentant le stator de la machine synchrone à l'aide d'un système de tensions alternatives d'ordre direct (stator = inducteur), la cage d'écureuil permet de démarrer la machine. Le moteur synchrone se comporte comme un moteur asynchrone.

Pendant ce démarrage les pôles de l'induit (rotor) ne peuvent être laissés ouverts, car il y a des tensions induites qui apparaissent et qui peuvent être dangereuses. C'est pour cette raison qu'au démarrage, on court-circuite les enroulements rotoriques sur eux-mêmes ou sur une résistance élevée.

Une fois le moteur démarré, le rotor tourne à une vitesse qui est proche de celle du synchronisme. Nous allons donc brancher la tension continue sur le rotor. Cependant nous ne pouvons le faire à n'importe quel moment. En effet nous devons synchroniser le rotor sur le champ tournant. Pour cela il faut que l'enclenchement de la tension se face lorsque le pôle nord du rotor se trouve face au pôle sud du champ tournant. Dans ces conditions le rotor sera synchronisé sur le champ tournant et il tournera à la même vitesse. On dit que le moteur tourne à la vitesse synchrone.

Par contre si l'on venait à enclencher la tension au moment où le pôle nord du rotor se trouve en face du pôle nord du champ tournant, alors il y a une forte force de répulsion qui apparaît (=> choc sur le moteur) et le moteur décélère fortement. On dit que le moteur s'est désynchronisé.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Machines/Ms/PAGE3.HTM [27/01/2004 17:27:20]

index principe des machines

Transformateur

Description Principe de fonctionnement

Réseau électrique

Description

Appareillage de protection

Description

Appareillage de coupure

Description

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/ind_res.htm [27/01/2004 17:27:20]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/PRINCIPE/transfo/DescriptionTFO.htm

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/PRINCIPE/transfo/PrincipeTFO.htm

Un transformateur est un convertisseur d’énergie électrique à un niveaux de tension en énergie électrique à un autre (ou le même) niveau de tension.La conversion d'énergie se fait en deux temps, électrique- magnétique- électrique.Il n’a pas de composantes mobiles.Le circuit magnétique d'habitude n'a pas d'entrefer.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/PRINCIPE/transfo/PrincipeTFO.htm [27/01/2004 17:27:21]

index laboratoire

Plan du labo

Alimentations

Alternatif Continu Pont redresseur BBC Régulateur VNTC

Banc de mesures

Introduction Chaîne d'aquisition Les Mesures

Résistances

Les rhéostats Charges résistives

R.E.D.

Introduction Eléments constitutifs

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/ind_labo.htm [27/01/2004 17:27:22]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/alim.htm

Plan du laboratoire et alimentations

La disposition des principaux éléments de l’alimentation du laboratoire est reprise à la figure suivante :

Figure 1

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/alim.htm (1 of 3) [27/01/2004 17:27:26]


1. Tableau de commande côtés A et B2. Tableau principal de commande côté C3. Tableaux divisionnaires contrôlant les 3 ou 4 groupes de bornes avoisinants4. Groupes de bornes permettant d'alimenter les machines5. Pont redresseur à thyristors "BBC"6. Commande des groupes d'excitation7. Enclenchement du triphasé 380 V8. Commande des redresseurs principaux9. Groupe 14 kW10. Sources S1 et S2 du RED. Les bornes, les tableaux divisionnaires et les tableaux de commande reprennent chacun les sources suivantes :

Alimentations alternatives:- Groupe 60 kW (110 V ~)- Groupe 14 kW alternatif (Non utilisé) - Groupes d'excitation (Non utilisé) Alimentations continues:- Continu -110, 0, +110 V- Groupe 14 kW continu (Non utilisé)

De plus, il existe des alimentations particulières :

- Les bancs A7 et B7 disposent d'un Variateur Numérique Triphasé/Continu (VNTC)

- Les bancs B1 et B2 disposent de pont redresseurs (BBC)


http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/Alternatif.htm

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/Continu.htm

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/VNTC.htm

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/VNTC.htm

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/pontBBC.htm



http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/alternatif.htm

Alimentations alternativesLes alimentations triphasées équilibrées à 50 Hz et tension fixée sont obtenues la plupart du temps directement à partir du réseau de la ville au travers d'un transformateur de 50 kVA. Une clé située à l'arrière du tableau 1 permet de connecter ce réseau sur toutes les bornes notées "Groupe 60 kW".

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/alternatif.htm [27/01/2004 17:27:27]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/continu.htm

Alimentations continues

Le 110 V continu disponible sur les armoires d'alimentation des bancs du laboratoire provient de redresseurs.

Les redresseurs permettent une alimentation de puissance en courant continu dans tout le laboratoire en -110 V, 0, 110 V. Ils sont composés de 6 cellules de 140A chacune, groupées en parallèle 3 par 3 en un pont positif (0, +110 V) et un pont négatif (-110 V, 0). Ils sont enclenchés en permanence pendant le fonctionnement du laboratoire (commande des redresseurs en 8 sur le plan du labo).

Pour obtenir de la tension continue sur une taque de l'ancien laboratoire (A et B) :• les redresseurs doivent être enclenchés• les clés marquées "redresseurs" du tableau de commande (1) et du tableau divisionnaire (3) correspondant doivent être fermées.

Pour le nouveau laboratoire (côté C) :• les redresseurs doivent être enclenchés• le 110V continu doit être enclenché sur le tableau de commande (2).

Attention :Les relais commandant les interrupteurs du labo C sont alimentés par le 110V continu. Il est donc indispensable de connecter le continu pour mettre en service un tableau du labo C.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/continu.htm [27/01/2004 17:27:28]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/pontbbc.htm

Le pont à thyristors “BBC”Le pont BBC est une alimentation continue variable évoluée permettant de travailler dans les quatre quadrants du plan V-I. Le pont de Graetz est un montage de puissance contenant 6 thyristors dont le but est de produire, à partir du réseau triphasé 50 Hz, une tension continue VOUT, variable en amplitude (Fig1)

Figure

Il offre d'autre part la possibilité d'être réglé sur un signal externe quelconque au choix de l'utilisateur. Pour un moteur à courant continu, par exemple, il peut être réglé en vitesse, en tension ou en courant.

Description

Les variateurs à thyristors Veritron de la série ASD se composent d’un pont triphasé à thyristors entièrement commandé et de l’équipement électronique de commande et de réglage. Leur principale application est le réglage de vitesse des machines à courant continu pour l’accélération dans un sens de rotation (entraînement en régime a un quadrant). L’accélération et le freinage dans les deux sens de rotation (entraînement en régime a 4 quadrants) peuvent être obtenus par la combinaison de deux ponts à thyristors montés en antiparallèle.

Les caractéristiques principales sont :

Exécution compacte.

Le dispositif de réglage et de commande est composé par un circuit imprimé. Les régulateurs de vitesse et de courant ont un comportement dynamique PI. • L’amplification P du régulateur de vitesse peut être ajustée dans une grande plage, par un potentiomètre. Pour l’ajustage fin de la valeur réelle de la vitesse, un potentiomètre est prévu.

Raccordement commun pour les parties de puissance et de commande.

Enclenchement successif automatique des parties de puissance et de commande. Les impulsions d’allumage sont libérées environ 100 ms après l’enclenchement.

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/pontbbc.htm (1 of 6) [27/01/2004 17:27:29]


Le pont se compose de plusieurs dispositifs de protection : • Protection contre les surcharges par un limiteur de courant interne (la valeur de consigne est ajustée à la valeur du courant nominal) • Protection contre les surtension provenant du réseau. • Protection contre les chutes de tension. Les impulsions sont supprimées quand la tension du réseau tombe de 70% jusqu’à 60% de sa valeur nominale ou dans le cas de manque d’une phase.

Diagramme de fonctionnement

Les différentes possibilités de fonctionnement d’un entraînement alimenté par un variateur à thyristors peuvent être expliquées à l’aide d’un diagramme couple(M)-vitesse(n): (diagramme de fonctionnement).

Fonctionnement en régime à 1 quadrant

Le pont travaille en redresseur et le fonctionnement en régime moteur est possible soit dans le sens de rotation horlogique (1er quadrant) ou anti-horlogique (3e quadrant).



Figure 2

Fonctionnement en régime à 2 quadrants

Le pont travaille en redresseur et en onduleur. Le fonctionnement en régime moteur est possible dans le sens horlogique de rotation et en régime generateur dans le sens de rotation anti-horlogique (1er et 4e quadrant) ou en régime moteur dans le sens anti-horlogique et générateur dans le sens de rotation horlogique (2e et 3e quadrant).

Figure 3

Fonctionnement en régime à 4 quadrants

Le pont travaille en redresseur et en onduleur, le fonctionnement en moteur et générateur étant possible dans les deux sens de rotation. Les couplages possibles sont représentés dans les figures suivantes. La figure 5 représente un couplage sans courant de circulation, a l’aide d’un pont à thyristors et d’un dispositif d’inversion d’induit



Figure 4

La figure suivante montre un couplage avec courant de circulation, à l’aide de deux ponts à thyristors et des inductances de circulation de courant.



Figure 5

L’équipement de commande et de réglage.

Le fonctionnement de l’équipement de commande et de réglage est expliqué par le schéma de principe suivant :



Figure 6

Il se compose d’un circuit de réglage de vitesse avec un réglage du courant en cascade. La tension de consigne pour la vitesse à régler est affichée sur un potentiomètre ou délivrée par une régulation pilote. Une dynamo tachymétrique fournit la valeur réelle. La valeur de consigne et la valeur réelle sont comparées à l’entrée du régulateur de vitesse. La différence de ces valeurs, provoquée par de processus d’accélération ou des variations de charge, produit à la sortie du régulateur une tension qui sert de valeur de consigne au régulateur de courant. Cette tension peut être limitée par un potentiomètre (limitation de courant). Le régulateur de courant compare cette valeur de consigne avec la valeur réelle du courant. La différence entre ce deux valeurs forme la tension continue de commande pour le générateur d’onde sinusoïdale. Dans le générateur, la tension continue de commande est superposée à une tension sinusoïdale. Une impulsion de commande est formée par le générateur d’impulsions lors du passage par zéro de la tension totale (Fig8).

Figure 7

La limite inférieure de l’angle de commande des impulsions est effectuée par une deuxième tension sinusoïdale appelée sinusoïde du redresseur. L’ajustage de la limite supérieure de l’angle de commande des impulsions est effectué par un potentiomètre qui limite la tension continue de commande.

L’utilisation du pont à thyristors.

L’installation est composée de quatre armoires qui sont numérotées de gauche à droite :

- Armoires 1 et 2 : La mise sur tension de l’installation est faite sur ces armoires (tourner la clé) en ayant préalablement allumé le +110V de la section C. Si on coupe les redresseurs (bouton rouge d’arrêt d’urgence), le pont ne débite plus.La tension du réseau étant différente de la tension de raccordement des machines à courant continu du laboratoire, il est nécessaire d’intercaler un transformateur pour l’adaptation au réseau. Des autres dispositifs de protection se trouvent dans ces armoires d’entrée au pont. Une sortie local alternative, correspondante au secondaire du transformateur est accessible à travers d’un groupe de bornes RST+N.

- Armoires 3 et 4 : On a 2 ponts à thyristors à notre disposition ; l’un dans l’armoire 3 (sortie au niveau de B1, ancien labo) et l’autre dans l’armoire 4 (sortie au niveau de B3). Une fois l’installation mise sous tension, on procède à la sélection de l’endroit d’utilisation, soit local, soit P1 qui correspond à la sortie au niveau du premier banc de la section B du laboratoire.Ensuite on choisira le type de régulation : soit tension, soit courant soit externe. Dans le cas d’une régulation externe en vitesse, le signal est fournit par une dynamo tachymétrique. Pour l’éventuelle modification du type de réglage, la clé est nécessaire pour désactiver le choix précédent. Le potentiomètre permet de varier localement la consigne de tension ou courant. Pour l’utilisation au niveau du banc moteur (P1-armoire 3 sortie au banc B1, P1-armoire 4 sortie au banc B2) il existe un pupitre de réglage de la consigne. Les diodes vertes et jaunes s’allument sur le pupitre indiquant que la sortie du pont est connectée. On modifie la consigne en appuyant sur les boutons noirs.


http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/vntc.htm

VNTC Variateur Numérique Triphasé Continu

Introduction:

A COMPLETER

Registres: (Extrait du manuel)

1.05 : Consigne de vitesse en marche impulsion

(...)

Registre à lecture/écriture Plage de réglage : -1000 à 1000 Réglage usine : +50

6.07 : tension de défluxage :

Consigne de tension (en volt) définissant la valeur à partir de laquelle le flux dans la machine va diminuer por augmenter la vitesse au-delà de la valeur nominale , dans une machine à puissance constante

Registre à lecture/écriture Plage de réglage : 0 à 1000 Réglage usine : 1000

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/vntc.htm [27/01/2004 17:27:29]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/bancmes.htm

Le banc de mesure

Introduction

Le banc peut être considéré comme la composition de trois parties:

le panneau de mesures constitué d'une face arrière (I) et d'une face avant (II). le châssis, permettant de réaliser l'isolation galvanique et de sélectionner des gains (III) la carte d'acquisition commandée par le programme LabVIEW, qui tourne sur le PC (IV)

Le banc possède en plus un tachymètre, pour la mesure de vitesse, et un torsiomètre, pour la mesure de couple. Il se présente de la façon suivante:

Déplacez-vous sur l'image pour identifier les différents éléments (certains sont plus évidents que d'autres)

Figure 9

Les différents canaux constituant le banc peuvent supporter une tension maximale de 240 V efficace (à l'entrée du châssis SCXI 1327) . Ceci, nous place donc du côté de la sécurité car la tension maximale que le laboratoire peut nous fournir est de 110 V entre phases.

Description du banc

Le panneau de mesures

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/bancmes.htm (1 of 2) [27/01/2004 17:27:31]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/bancmes.htm

La forme du panneau est la suivante:

Ce panneau se décompose en deux parties :

une face arrière (I), permettant de brancher les tensions provenant du banc moteur (tensions des moteurs et des pinces ampèremétriques).

une face avant (II), permettant de connecter à la carte du PC, les différentes entrées provenant du banc.

Etudions d'une façon un peu plus détaillée l'organisation de ces deux panneaux:

Le panneau arrière comprend

1. 16 bornes permettant de connecter les tensions qui proviennent des moteurs. Ces 16 bornes sont toutes indépendantes.

2. 5 fois 2 bornes, qui permettent de brancher les pinces ampèremétriques.

3. une prise BNC permettant de connecter le torsiomètre.

Le panneau avant comprend

1. 16 bornes qui, par le câblage, permettent de ramener les 16 bornes du panneau arrière vers le panneau avant.

2. 8 fois 2 bornes, qui sont les entrées de la carte PC. Ces entrées sont câblées en différentielles. Les 4 premières possèdent un gain et sont réservées à la mesure de courant.

3. 5 fois 2 bornes qui, par le câblage, permettent de ramener les 5 fois 2 bornes du panneau arrière vers le panneau avant.

4. deux bornes permettant de ramener la mesure du torsiomètre.

Les câbles sont blindés du panneau avant vers les amplificateurs isolateurs.

Figure 10

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/bancmes.htm (2 of 2) [27/01/2004 17:27:31]

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/aquisition.htm

La chaîne d'acquisition

Les diviseurs et les amplificateurs isolateurs

Les câbles blindés qui proviennent du panneau avant sont raccordés au module SCXI 1327, qui possède deux jumpers par canaux. Ces jumpers permettent de diviser le signal par 1 ou par 100. Cette division sera utilisée si le signal d'entrée est supérieur à une tension de 10 V.

Ce module est interconnecté au SCXI 1120 qui possède :

des amplificateurs isolateurs permettant d'isoler galvaniquement les signaux qui proviennent du banc et ceux qui vont vers le PC.Rappel : Une isolation galvanique permet d'éviter de transmettre, à la carte d'acquisition, des perturbations qui pourraient détruire les composants faisant partie de celle-ci.

des filtres qui permettent d'éliminer les fréquences supérieures à 4 Hz ou 10 kHz. Dans notre cas on utilise les filtres de 10 kHz.

par canal, il y a deux étages amplificateurs qui permettent d'amplifier le signal d'un facteur compris entre 1 et 2000.

L'ensemble des modules SCXI 1120 et SCXI 1327 est enchâssé dans un châssis qui porte le nom de SCXI 1100 qui est connecté à la carte d'acquisition via un câble.

Cet ensemble de modules est utilisé pour :

réaliser une isolation galvanique pour conditionner les signaux de courants et de tensions

En règle générale les entrées 0 à 3 de la carte permettent de réaliser la mesure des courants et les entrées 4 à 7 sont utilisées pour la mesure de tensions (attention, la mesure de courant est ramenée à une mesure de tension en mV, ne pas confondre sous peine de détruire la carte).

Carte d’acquisition et logiciel

L'ensemble des canaux provenant du SCXI 1100 est raccordé à une carte d'acquisition qui se trouve dans un PC. Cette carte est pilotée par l'intermédiaire d'un programme : "LabVIEW"

Dans chaque virtual instrument(VI) de base se trouvent les éléments suivants

une fenêtre montrant directement les signaux à l'état bru une fenêtre faisant la correspondance entre les canaux software’s et les canaux hardware’s

Exemple: canal software 0 => canal hardware 0

canal software 2 => canal hardware 1

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plusieurs indicateurs donnant des indications sur la prise des mesures

plusieurs boutons permettant de réaliser des opérations élémentaires et indispensables.

Les boutons AJOUTER, RETIRER, permettent d’ajouter des mesures ou de les retirer dans un tableau de mesures.

Le bouton SAUVER permet de sauver les valeurs dans un fichier. Le fichier de mesures que sort LabVIEW à la forme suivante :

%nnn

titre du tableau

Titre colonne 1 Titre colonne 2

12.5 32.3

12 25

Le caractère "%" en début indique qu'il s'agit d'une nouvelle matrice de résultats. nnn est le nombre de caractères des lignes suivantes de la matrice.

Dans ce cas, on a une matrice 2*2. Les colonnes sont séparées par des <Tab>.

Le bouton IMPRIMER permet de sauver les graphiques dans un fichier, de telle sorte à les reprendre dans le programme d’impression en temps utile.

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Les mesures

La prise de mesure de tension.

La prise de tension est réalisée à l'aide de deux fils qui, au lieu d'être connectés sur un voltmètre, sont connectés sur deux des 16 bornes arrières du panneau de mesures.

La prise de mesure du courant

La mesure de courant est réalisée en relevant a chute de tension qui apparaît aux bornes d'une résistance calibrée de faible valeur connectée en série dans le circuit ou l'on veut mesurer le courant.

L’amplitude de la chute de tension ∆V aux bornes du shunt est proportionnelle au courant I qui traverse le shunt, et la polarité indique le sens du courant que l’on mesure.

La résistance shunt a une valeur négligeable dans le but de ne pas modifier la résistance totale du circuit initial, mais cependant suffisamment grande pour que u=r.i puisse être relever sans trop d'erreur.

Le rapatriement cette mesure de tension se fait

Les shunt utilisées au laboratoire sont de classe 0.5.

On dispose:

Shunt 150 A / 60 mV. (cad présentant 60 mV à ses bornes lorsque 150 A le traverse) Shunt 6 A/ 60 mV.

Il est important de toujours utiliser le shunt le plus approprier afin de diminuer les erreurs de mesure.

De manière à faciliter les câblages, les shunts sont munis de plaquettes pouvant s'attacher facilement aux bornes de machines ou aux bornes des clés.

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on distingue:

Shunts monophasés 150 A / 60 mV

Le shunt s'insère dans un circuit entre la plaquette en cuivre(fixée à une machine ou une clé) et la borne en laiton ou en cuivre.

La plaquette en bakélite (isolant) n'intervient pas dans le circuit électrique et permet simplement de fixer solidement le shunt à la machine.

La résistance calibrée est composée des 2 barres et doit impérativement être mesurée entre les bornes vertes! Une mesure prise entre la borne de la machine et la borne en laiton du shunt donnera une valeur fausse du courant qui parcourt le circuit.

Shunts monophasés 6 A / 60 mV

Le shunt s'insère dans un circuit entre la plaquette en cuivre et la borne en jaune.

La plaquette en bakélite (isolant) n'intervient pas dans le circuit électrique et permet simplement de fixer solidement le shunt à la machine.

La résistance calibrée est composée d'un barreau et doit impérativement être mesurée entre les bornes blanches! Une mesure prise entre la borne de la machine et la borne jaune du shunt donnera une valeur fausse du courant.

Shunts triphasés 150 A / 60 mV

La plupart des mesures sur les machines triphasées nécessite la connaissance des trois courants (Ia, Ib, Ic). Pour ce faire, trois shunts sont nécessaires.

On dispose donc de plaquettes contenant 3 shunts 150 A / 60 mV. Ces shunts sont connectés en étoile et chacun d'entre eux sera mis en série avec un enroulement de la machine.

De ce fait, les enroulements seront connectés en étoile, à condition de négliger la chute de tension dans les shunts (60 mV)

Dans l'exemple ci-contre, les enroulements de la machines sont:

phase A : AoA1



phase B : BoB1 phase C : CoC1

Sur la figure, on peut voir que, à condition de négliger les shunts, les points A1, B1 et C1 sont au même potentiel, le neutre du circuit.

Remarquons encore que le courant rentrant dans la borne Ao (borne du milieu), ressort en A1 et passe dans le shunt de gauche. (voir image de gauche)

La prise de mesure s'effectue dans les mêmes condition que pour les shunts monophasés.

La prise de mesure de puissance.

Les puissances active et réactive ne sont pas mesurées mais calculées à partir de la valeur du courant et de la tension.



La prise de mesure de la vitesse

La mesure de la vitesse s'effectue par mesure d'impulsions qui proviennent du tachymètre. Ces impulsions sont comptabilisées par l'intermédiaire de trois compteurs dans la carte d'acquisition de mesure.

La prise de mesure du couple

Le torsiomètre fournit une tension qui est proportionnelle à la valeur du couple à l’arbre. La valeur nominale du couple est de 200 Nm et correspond à une valeur de tension de +/- 5V. La conversion de la tension proportionnelle au couple s'effectue à l'intérieur du programme.


http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/BancdeMesures.htm

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/BancdeMesures.htm

http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/rheostat.htm

Les Rhéostats

Rhéostat de démarrage

Ce rhéostat sert à limiter, lors du démarrage d'un moteur à courant continu, le courant circulant dans l'induit. Cette limitation est réalisée selon le principe suivant: le rhéostat est une résistance variable dont on fait décroître la valeur au fur et à mesure de la montée en vitesse du moteur.

Il est important de remarquer sur le schéma ci-dessus que le rhéostat de démarrage permet

d'appliquer en même temps la tension sur les circuits d'armature et d'excitation. de connecter en parallèle les circuits d'armature et d'excitation lorsque la source est déconnectée de manière à laisser le

courant de ce circuit inductif décroître librement. Ceci permet d'éviter les surtensions et donc les étincelles.

Rhéostat de champ ou d'excitation

Le rhéostat de champ permet de régler le courant d'excitation dans le cas d'une excitation shunt ou indépendante. Il est donc utilisé pour les moteurs et dynamos à courant continu ainsi que pour les alternateurs (machines synchrones). Ces rhéostats ont une résistance d'environ 900 Ω (880 Ω + 20 Ω ) et sont pourvus d'un réglage fin.

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http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/rheostat.htm

Rhéostat électrolytique

Ce rhéostat est constitué de 3 plaques conductrices plongeant dans une solution électrolytique (H2O+Na2CO3), chaque plaque se trouvant au potentiel d'une phase rotorique.

Au démarrage, les plaques sont hors de la solution => R= inf => le courant ne passe pas. Lorsque les plaques sont progressivement immergées, la résistance R diminue (car S augmente) => passage du courant => il y a création d'un couple de démarrage avec limitation du courant du démarrage. Lorsque les plaques sont complètement immergées, le glissement de la machine asynchrone est suffisamment faible pour permettre la mise en court-circuit du rotor sans surintensité importante.

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http://www.ulb.ac.be/polytech/genelec/webaide/Labo/resist.htm

RésistancesLes résistances du laboratoire sont réalisée soit à partir de lampes à filament de tungstène soit de fils de résistance calibrée.

Chaque lampe (ou fil) a une résistance de 110 Ω.

Les lampes sont connectée en parallèle et supporte une tension maximale de 110 V.

Il en résulte que lorsqu'une lampe est enclenchée et que 110V lui est appliquée, il circule dans le circuit 1A.

Deux lampes portent la résistance totale à 1/(1/110 Ω+1/110 Ω) = 55 Ω. Il circule donc 2 A

ou

Chaque pont (de lampes ou de résistances) compte 3 phases, une phase par face des ponts de lampes.

Le pont de lampes permet un réglage indépendant de chaque phase avec la connexion de 1,2,5 ou 10 lampes en parallèle.

Par contre, dans le cas des résistances, la commande des phases S et T est liée et on aura la possibilité de réaliser une charge partiellement déséquilibrée ou une charge équilibrée, mais on ne pourra pas réaliser à l’aide du pont de résistances une charge complètement déséquilibrée.

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Le RED (Réseau expérimental et didactique)

Conception et buts du RED

Point de vue didactique

Le but du RED est de familiariser les étudiants avec les problèmes de conduite de grands réseaux de transport et de distribution d'énergie électrique. Les commandes figurant dans le poste de contrôle d'un ensemble interconnecté y sont incorporées et l'aspect même des armoires, pupitres et de l'appareillage est identique à celui d'un poste réel. Tous les problèmes généraux et particuliers liés au fonctionnement des réseaux peuvent y être traités avec un très grand réalisme. A titre d'exemple, citons les problèmes suivants.

Fonctionnement des groupes de centrales :- Synchronisation manuelle et automatique.- Réglage de la répartition de la puissance active et réactive entre groupes en parallèle.- Effet des charges dissymétriques, etc...

Fonctionnement normal des réseaux :- Réglage de la tension aux différents jeux de barres.- Réglage et stabilité de la répartition de puissance active et réactive entre centrales interconnectées.- Réglage des échanges d'énergie active et réactive par les lignes , etc...

Fonctionnement perturbé des réseaux :- Effets de diverses perturbations (pendulaisons, défauts à la terre, ...).- Détection et élimination des perturbations (protection sélective, réenclenchement rapide, délestage, îlotage).- Rétablissement de la situation normale après un incident, etc…

Point de vue expérimental

Les possibilités du RED ont été développées pour en faire un outil de recherche appliquée principalement pour l'étude en période troublée de matériel réel (en vraie grandeur) de protection, réglage, ...

Toutes les mesures ont été prises pour réduire à une valeur acceptable les influences qui pourraient perturber ou fausser les mesures et pour permettre des études systématiques et rapides des fonctions-types (protection, régulation) par un raccordement aisé et simplifié des équipements en vraie grandeur et un réglage facile des caractéristiques du réseau.

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De ces exigences ont été déduites notamment les caractéristiques suivantes :

Un niveau élevé de tension (400 V) et de puissance de (8.66 kVA) pour que les impédances parasites variables introduites par les équipements en vraie grandeurs soient faibles par rapport aux impédances des lignes, transformateurs, etc...

Le RED n'est pas destiné à simuler exactement un réseau donné mais à placer les équipements à l'essai dans des conditions voisines de la réalité. De ce fait:- Le nombre d'éléments est plus réduit que pour un microréseau mais ces éléments (sources, lignes) doivent être couplables suivant un schéma quelconque.- Les caractéristiques des machines (sources, transformateurs) sont fixes et représentent des valeurs moyennes.- Les impédances de lignes varient par échelons de valeur assez importante.

Les équipements en vraie grandeur sont raccordés à des connecteurs qui permettent de les introduire aisément en tout point du réseau.

La création de perturbations (défauts, déclenchements brusques, ...) se réalise facilement en tout point du réseau à l'aide d'un programmateur séquentiel électronique réglant l'évolution de ces perturbations suivant un ordre chronologique choisi par l'utilisateur (précision 0,01 sec).

Résumé des caractéristiques techniques du RED

Caractéristiques générales



Les grandeurs électriques sont indiquées dans un système de valeurs unitaires de base:

UN = 400 V IN = 12.5 A SN = 8.66 kVA ZN = 18.5Ω

Sources

Deux groupes rotatifs S1 et S2

Les alternateurs (100V - 10 kVA) et leurs moteurs d'entraînement à courant continu sont réglables manuellement ou automatiquement à partir du pupitre. Les réactances des 2 alternateurs sont en valeur réduite du même ordre de grandeur que celles d'un groupe de 125 MVA.

Réseau infini S3

Un transformateur ∆Y de 50 kVA (neutre sorti) est raccordé au réseau de distribution.

Transformateurs du pont BBC

Les transformateurs d'alimentation du pont BBC permettent d'obtenir des sources à tension variable de 300 à 500 V, par pas de 10 V.

Transformateurs

Les groupes S1 et S2 possèdent chacun un transformateur à colonnes ∆Υ (neutre sorti) de 15kVA - 110/440V.

T1 et T2: deux transformateurs cuirassés YY∆ (neutres sortis) de 6,5/6,5/2,5kVA - 400/400/110V semblables aux transformateurs réels haute tension à l'exception du courant magnétisant.

TPQ: transformateur à injection en phase et en quadrature de +20% à -20%UN.

Ligne L1 à L6

Six lignes représentées chacune par une cellule triphasée en π avec circuit de sommation des courants de phase pour l'introduction de l'impédance de terre et de la mutuelle homopolaire entre ternes.

- Xd = 2.5; 5; 10; 20; 40% soit 9; 18; 36; 72; 144 km de ligne dans une base classique HT: 150 kV; 600 A - Rd =0; 0.5; 1; 2; 5; 10%



Les résistances et réactances de terre, les capacités à la terre et entre phases sont réglables plus finement.

Charges

- C1 et C2 sont deux charges triphasées symétriques (R et L) réglables par échelons de 5%, de 0% à 100 %. - C3 est une charge triphasées (R, L et C) dont chaque phase est réglable indépendamment par échelons de 5% de 0 à 150 %.


Documents

ELEC248_aide Electrotechnique