ELECTRONIQUE DE PUISSANCEIntroduction

La répartition par processus de la consommation d’énergie électrique

L’industrie a consommé en France en 2007, 190 TW.h soit 33% de l’électricité totale et représente la part de la consommation d’énergie électrique en plus forte croissance, le secteur résidentiel a consommé 36% et le secteur tertiaire 27%. 

Introduction 2

Introduction Les moteurs électriques : [ADEME_EEA97] En France les moteurs électriques consomment 22% de la consommation totale d'électricité et 72% de la consommation industrielle

soit environ 90 TW.h. Les processus de compression, pompage et ventilation consomment près des deux tiers de la consommation énergétique de

l’ensemble des moteurs du secteur industriel. Répartition de la consommation industrielle des moteurs par usage :

                

Introduction 3

Les besoins

Deux grands groupes d’applications Applications où la vitesse variable est une

condition intrinsèque de fonctionnement du procédé

• Traction électrique• Entraînement de laminoirs, de fours à ciment et d’une

manière générale toutes lignes de la métallurgie, du textile, du caoutchouc, du papier

• Les machines outils et la robotique

Entraînement de pompes et compresseurs

Introduction 4

Intérêt économique des entraînements à vitesse variable

Gain en énergie (on agit sur l’alimentation et non sur les pertes)

Dans les installations de pompage et ventilation délivrant des débits variables, le couplage du moteur à un variateur électronique de vitesse permet de dégager en moyenne 25% d'économie de consommation électrique.

La rentabilité peut être excellente, avec des temps de retour sur investissement inférieurs à deux ans.

Introduction 5

Intérêt économique des entraînements à vitesse variable

63% de la consommation électrique(soit 60 TWh) des motorisations sont imputables aux pompes, ventilateurs et compresseurs.

Cette part se répartit elle-même de la façon suivante : 15 TWh pour la ventilation, dont 62% à débit variable et seulement

4% avec Variation Electronique de Vitesse; 20 TWh pour le pompage, dont 57% à débit variable et seulement

4% avec Variation Electronique de Vitesse ; 25 TWh pour la compression, dont 75% à débit variable et

seulement 0,02% avec Variation Electronique de Vitesse. 40 TWh consommés par des installations fonctionnant à débit

variable mais non équipées de Variation Electronique de Vitesse. Avec un gain moyen de 25% évoqué plus haut, le gisement d'économie d'électricité s'élèverait à 10 TWh/an. Ce sont donc environ 10% de la consommation industrielle d'électricité qui sont en jeu.

Introduction 6

Intérêt économique des entraînements à vitesse variable

Suppression des surintensités au démarrage et réduction de la puissance d’alimentation

Allongement de la durée de vie des moteurs réduction des échauffements au démarrage limitation de la fatigue des roulements par

réduction de la vitesse protection contre les défauts réseaux

Introduction 7

Intérêt économique des entraînements à vitesse variable

La souplesse, flexibilité, précision et rapidité des régulations permettent un accroissement de la productivité

Introduction 8

Quelques inconvénients...

Le courant dans le moteur n’est plus tout à fait sinusoïdal

Le courant absorbé à la source contient des harmoniques (puissance déformante)

Ondes électromagnétiques rayonnées

Introduction 9

Nécessité de travailler en commutation

Montage série

Puissance fournie par

la source : E.I Puissance absorbée

par la charge : U.I Puissance à gérer par

le composant :

(E - U).I

Charge

Source 1

Composantélectroniquede réglage

E

I

U

Introduction 10

Nécessité de travailler en commutation

Deux possibilités pour minimiser la puissance dans le composant électronique

I = 0 Circuit ouvert (E-U) = 0 Court-circuit

Le composant électronique de puissance ne peut travailler que comme un interrupteur

Introduction 11

Nécessité de travailler en commutationNécessité de travailler en commutation

Montage parallèle

Puissance fournie par la

source : U.I1

Puissance absorbée par

la charge : U. I2

Puissance à gérer par le

composant :

U.(I1-I2)

I1

U

I2

Introduction 12

Nécessité de travailler en commutation

Deux possibilités pour minimiser la puissance dans le composant électronique

U = 0 Court-circuit (I1-I2) = 0 Circuit ouvert

Le composant électronique de puissance ne peut travailler que comme un interrupteur

Introduction 13

Comment dans ces conditions, obtenir une tension continue ?

La tension appliquée comporte : une composante utile : la valeur moyenne E une composante parasite à la fréquence f = 1/h

hTension appliquée

h

temps

E

O

Introduction 14

Structure d’un convertisseur électronique de puissance

Interrupteurs

GénérateurConvertisseur

électronique depuissance

Récepteur

La constante de temps du récepteur>>période de fonctionnement des interrupteurs

récepteur>>1/Fréquence inter

Le récepteur prend la valeur moyenne

Introduction 15

Les fonctions de l’électronique de puissance

Redresseur (rectifier)

= conversion de puissance d’une

source alternative vers une charge

continue

Redresseurtriphasé

Sourcealternativetriphasée

Chargecontinue

Redresseurmonophasé

Sourcealternative

monophasée

Chargecontinue

Introduction 16

Les fonctions de l’électronique de puissance

Onduleur (inverter)

= conversion de puissance d’une source continue vers une charge

alternative

Onduleurtriphasé

Chargealternativetriphasée

Sourcecontinue

Onduleurmonophasé

Chargealternative

monophasée

Sourcecontinue

Introduction 17

Les fonctions de l’électronique de puissance

Hacheur (chopper)

= conversion de puissance d’une source continue vers une charge

continue

HacheurSourcecontinue

Chargecontinue

Introduction 18

Les fonctions de l’électronique de puissance

Gradateur (dimmer)

= conversion de puissance d’une

source alternative vers une charge

altrenative

Gradateur Source

alternative Charge

alternative

Introduction 19

Domaines d’application de l’électronique de puissance

L’entraînement électrique à vitesse variable Les alimentations à découpage (télécommunication,

informatique,…) Les UPS (Uninterruptible Power Supplies)

DC

AC

BatterieDC

AC

DC

Introduction 20

Introduction 21

Enrouleuse de papeterie

Attention à la casse

Introduction 22

Introduction 23

Introduction 24

HacheurV

continuU

continuMCC

rail de distribution

moteur à courant continu

convertisseur DC - DC

commande des interrupteurs

c1

c20<U<750V750 V

Introduction 25

Domaines d’application de l’électronique de puissance

Les liaisons HVDC

Compensateurs d’énergie réactive et filtres actifs (Flexible AC Transmission Systems)

DC

AC

AC

DC