Mesure de la consommation électrique lors du festival e-Kart … · 2019-01-12 · 2.3 Mesure des courants Pour la mesure des courants, les capteurs de courant LEM HAS xxx-S en +15V/-15V

Note d’Application EK011-A – Consommation électrique du festival e-Kart 2011 – Août 2012

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Mesure de la consommation électrique lors du festival e-Kart 2011 de Vierzon

Applications des oscilloscopes Metrix pilotés par LabView via internet

Note d’Application EK011-A-FR – Août 2012 Thierry LEQUEU (a)

(a) [email protected] – Tel : +33 6 78 03 34 60– Fax : +33 2 47 36 71 06 Association e-Kart – 152, rue de Grandmont – 37550 SAINT AVERTIN – FRANCE

1 Introduction Le festival pédagogique e-Kart 2011 regroupe annuellement les écoles qui utilisent le kart électrique comme application pédagogique [1]. Ainsi, chaque année, plus de 20 équipes se retrouvent à Vierzon pour le CarTec Inno et près de 30 karts électriques évoluent sur le parking du Parc des Expositions [2].

L’alimentation électrique des chargeurs pose un problème simple aux organisateurs : de quelle puissance doit-on disposer pour assurer un fonctionnement correct du festival ? [3]

En 2011, pour répondre à cette question, une mesure de la consommation a été faite sur les 2 armoires électriques de puissance. Ainsi les tensions triphasées et les 3 courants de ligne des 2 armoires ont été mesurés grâce à 4 oscilloscopes Metrix MTX 3354 de la société Chauvin Arnoux [4]. Les données sont récupérées via l’interface internet et stockées sur un ordinateur au moyen d’un logiciel développé avec le langage LabView de National Instruments [5]. Le traitement des données est effectué avec un tableur, ici EXCEL [6].

Fig. 1. Vue d’ensemble du projet.



2 La répartition de l’alimentation électrique Le Parc des Expositions de Vierzon met à disposition, pour la piste de karts électriques, une alimentation triphasée 400V 150A, représentant environ 100 kVA.

A partir de cette armoire de puissance, deux armoires servent à la répartition des prises de charge 240V 20A, comme indiqué sur la figure 2. Les prises de charges sont regroupées par bloc de 3, une prise sur chaque phase de puissance.

Fig. 2. Implantation des armoires de répartition de puissance.

2.1 Les armoires de répartition La première armoire A est celle de l’Association e-Kart.

Elle est capable de supporter 125A en triphasé [7].

Elle dispose de :

- 8 départs triphasés 20A ;

- 6 départs monophasés 20A ;

- 3 voyants de présence tension ;

- 4 prises de mesure de courant ;

- 4 prises de mesure de tension.

Fig. 3. L’armoire 125A de l’Association e-Kart.



La deuxième armoire B est celle de la société Kartmasters [8]. Elle est capable de supporter 63A en triphasé. Elle dispose de :

- 4 départs triphasés 20A ;

- 3 voyants de présence tension ;

- 4 prises de mesure de courant ;

- 4 prises de mesure de tension.

Fig. 4. L’armoire 63A de la société Kartmasters [8].

2.2 Mesure des tensions Un porte-fusible spécifique protège les prises de mesure des tensions et les voyants de présence tension [7]. Des douilles isolées 4mm IP2x permettent l’accès aux 3 tensions de phase et au neutre. Une douille métallique mâle permet le raccordement de la terre.

Fig. 5. Schéma de câblage des prises de mesure des tensions.



2.3 Mesure des courants Pour la mesure des courants, les capteurs de courant LEM HAS xxx-S en +15V/-15V ont été retenus [9]. Les modèles 200A (armoire A) et 50A (armoire B) ont été utilisés. Ils délivrent une tension proportionnelle au courant dans la fenêtre. Pour augmenter la sensibilité, il est possible de faire plusieurs tours, mais il faudra sertir les cosses APRÈS avoir passé le câble dans la fenêtre du capteur.

Fig. 6. Le capteur de courant LEM HAS xxx-S.

Le capteur LEM HAS 050-S a une valeur de courant efficace (en sinusoïdal) == Pneff II 50 A.

Son courant crête vaut ±=PI 150 A.

Le capteur LEM HAS 200-S a une valeur de courant efficace (en sinusoïdal) == Pneff II 200 A. Son courant crête vaut ±=PI 600 A.

Il est alimenté en ±15 V, avec une consommation de ±15 mA. Sa bande passante s’étend du DC jusqu’à 50 kHz.

La tension de sortie est de ±4 V ±40 mV pour le courant nominal =PnI 200 A, à 25°C et

=LR 10 kΩ. La tension de sortie en fonction du courant mesuré et du nombre de spires est donnée par la relation :

mesmesmes IKV II ××××==== avec (1)

AxV

NAenCalibre

VI

VK

spires

II /

4 ====±±±±

±±±±========

mes

mesmes ou VxA

VNAenCalibre

K spiresI

/4

1 ====±±±±××××

±±±±====

mes

(2)

Tableau 1. Coefficient de mesure des capteurs de courant.

1 spire 2 spires 3 spires 4 spires 5 spires

HAS 050-S 12,5 A/V 6,25 A/V 4,167 A/V 3,125 A/V 2,5 A/V

HAS 100-S 25,0 A/V 12,5 A/V 8,333 A/V 6,25 A/V 5,0 A/V

HAS 200-S 50,0 A/V 25,0 A/V 16,67 A/V 12,5 A/V 10,0 A/V



3 Les oscilloscopes Metrix MTX 3354

3.1 Caractéristiques générales L’Oscilloscope-Analyseur-Enregistreur MTX est un outil numérique comprenant [11] :

• 4 appareils complémentaires pour une compacité et une efficacité record : (Oscilloscope / Analyseur FFT / Analyseur d’Harmoniques / Enregistreur).

• Vitesse d’échantillonnage 100 Gé/s et profondeur mémoire de 50 k par voie en mode «Oscilloscope».

• Technologie d’affichage intelligent SPO (Smart Persistence Oscilloscope).

• 4 voies de mesure et jusqu’à 8 courbes à l’écran.

• Analyse FFT « temps réel » standard, et fonctions de calcul sur les voies.

• Ecran LCD orientable en version couleur.

• Ergonomie « Windows-like » : commandes directes à l’écran par souris.

• Réglages courants et raccourcis en face-avant (21 boutons + encodeur).

• Liaisons RS232, Centronics et USB en standard.

• Réseau Ethernet et serveur HTML en standard.

Fig. 7. L’oscilloscope METRIX MTX 3354.

Fig. 8. Le module de sondes différentielles METRIX MTX 1032-B.



En complément des Oscilloscopes Numériques ou Analogiques de Classe 1, la sonde différentielle se destine à une utilisation indépendante ou associée mécaniquement aux oscilloscopes MTX et permet de visualiser les signaux non référencés à la terre [12].

Le modèle MTX 1032-B fonctionne avec des cordons de mesure banane. Ses caractéristiques principales sont les suivantes :

• Bande passante : 30 MHz.

• Conformité jusqu’à 600V/Cat. III.

• Utilisation avec jeux de cordons banane.

• Entrée : 2 voies différentielles / connecteurs coaxiaux.

• Plage de tension différentielle d’entrée : ± 0,1V à ± 400V.

• Diviseur de calibre par 10 et par 100.

• Alimentation secteur.

• Conformes aux normes de sécurité DBT selon IEC 61010-1.

• CEM : NF EN 61326-1 (07/97) + A1 (10/98) + A2 (2001).

• Dimensions : 270 x 250 x 63 mm.

• Poids : 1,2 kg.

3.2 Câblage de l’oscilloscope pour les phases 1 et 2 Afin de respecter le code des couleurs utilisé en Electronique de Puissance (à savoir : la tension en bleu et le courant en rouge, le câblage suivant a été retenu pour tous les oscilloscopes.

Tableau 2. Câblage des entrées courant et tension d’un oscilloscope MTX 3354.

Voie 1 CH1 ROUGE Courant 1 Voie 2 CH2 VERTE Tension 2 Voie 3 CH2 BLEUE Tension 1 Voie 4 CH3 MAGENTA Courant 2

I1

V1V2

I2

Fig. 9. Câblage des entrées courant et tension d’un oscilloscope MTX 3354 avec le module de sondes différentielles METRIX MTX 1032-B – Phases 1 et 2.



Fig. 10. Exemple de copie d’écran de l’oscilloscope METRIX MTX 3354 avec le module de sondes différentielles METRIX MTX 1032-B.

3.3 Câblage de l’oscilloscope pour la phase 3 et le NEUTRE Le deuxième oscilloscope de l’armoire triphasée mesure la tension et le courant de la phase 3, ainsi que la tension entre le NEUTRE et la TERRE et le courant dans le fil de Neutre.

Tableau 3. Câblage des entrées courant et tension d’un MTX 3354 – Phase 3 et NEUTRE. Voie 1 CH1 ROUGE Courant 3 Voie 2 CH2 VERTE Tension N-T Voie 3 CH2 BLEUE Tension 3

Voie 4 CH3 MAGENTA Courant Neutre

I3

V3VNT

IN

Fig. 11. Câblage des entrées courant et tension d’un oscilloscope MTX 3354 avec le module de sondes différentielles METRIX MTX 1032-B – Phase 3 et NEUTRE.



4 L’interface logiciel LabView C’est le logiciel de programmation graphique LabView de la société National Instrument qui est utilisé pour le pilotage des oscilloscopes via la liaison ethernet [13][5].

4.1 Objectifs Les principaux objectifs du programme sont :

- de configurer les 4 oscilloscopes ;

- de faire les mesures des courants et tensions des 2 armoires électriques ;

- de calculer les puissances apparentes, de les afficher et de les enregistrer dans un fichier texte pour une utilisation par un tableur.

Fig. 12. Face avant du programme principal.



4.2 Structure du programme Le programme principal, aussi appelé « Virtual Instrument » (VI) se compose de plusieurs sous programme (sous VI) [15].

Fig. 13. Structure des sous-VIs du programme principal.

A partir du niveau principal (Boucle While), il est possible d’effectuer les actions suivantes :

1. choisir le chemin et le nom du fichier d’enregistrement des données ;

2. choisir ou renseigner l’adresse IP (Internet Protocol) des 4 oscilloscopes ;

3. configurer les sondes de courants et de tensions ;

4. paramétrer les 4 oscilloscopes ;

5. choisir l’intervalle de temps entre 2 mesures ;

6. lancer/arrêter les mesures automatiques.



4.3 Principe de communication avec un oscilloscope via internet

4.3.1 Connexion via internet Pour communiquer avec un appareil relié via internet à l’ordinateur, il faut « Ouvrir » une connexion TCP à partir de l’adresse IP de l’oscilloscope. Le VI renvoie un identifiant de connexion et un message d’erreur.

A la fin de la communication, il faut « Fermer » la connexion TCP.

Fig. 14. Les commandes « TCP Ouvir » et « TCP Ferner ».

4.3.2 Lire et écrire dans l’appareil via internet L’interrogation ou la configuration de l’oscilloscope se fait par l’envoi d’une chaîne de caractères via la fonction « TCP Ecrire ».

En retour, l’oscilloscope retourne une chaîne de caractères qu’il faut traiter avec la fonction « TCP Lire ».



Fig. 15. Les commandes « TCP Ecrire » et « TCP Lire ».

4.3.3 La fonction « Acquisition TCP » Le principal problème de la fonction « TCP Lire » est de connaître le nombre de caractères à lire. Ici, le choix s’est porté sur la lecture individuelle des caractères un par un jusqu’au caractère de retour à la ligne, marquant la fin de la chaîne de caractères.

Fig. 16. La fonction « Acquisition TCP ».



La fonction « Acquisition TCP » réclame en entrée les chaînes de caractères suivantes :

- Mesure : comme par exemple « MEAS:MAX? INT » [14] ;

- Voie : un caractère entre « 1 », « 2 », « 3 » ou « 4 ».

Cette fonction retourne la chaîne de caractères correspondante à la mesure demandée, ainsi que la conversion de cette chaîne en une valeur numérique.

Les 3 types des mesures demandées dans ce projet utilisent les chaines de caractères suivantes :

1. « MEAS:MAX? INTx » pour la valeur maximale de la voie x ;

2. « MEAS:AC? INTx » pour la valeur efficace de la voie x ;

3. « MEAS:VOLT? INTx » pour la valeur moyenne de la voie x.

4.3.4 REMARQUE IMPORTANTE C’est l’ensemble des signaux « ID de connexion » et « Sortie d’erreur » qui vont cadencer le déroulement du programme et ordonner (synchroniser) les actions. En effet, grâce au logiciel LabView, il faut que toutes les entrées (situées à gauche) soient « valides » pour exécuter le VI.

La figure suivante montre un exemple d’acquisition en cascade, qui démarre par une ouverture de la connexion, suivie de 4 VI d’acquisitions paramétrés par le numéro de la voie à mesurer. Les 4 VI retournent des données numériques qui sont rangées dans un tableau. Ensuite la connexion est fermée.

Fig. 17. Exécution en cascade des sous-VI grâce aux signaux d’erreurs.



4.4 Correction de la mesure des valeurs efficaces Les capteurs de courant LEM HAX xxx-S possèdent un léger offset (tension de décalage sur la sortie de mesure) qu’il est possible de corriger après coup. En effet, pour ôter la valeur moyenne d’un signal et ne conserver que la valeur efficace de la composante continue, il suffit d’appliquer la formule suivante :

22moyeffeff YYY −−−−==== (3)

Ainsi, pour chaque grandeur, les valeurs MAX, EFF et MOY sont mesurées, puis les valeurs MAX et EFF sont corrigées, avant d’être rangées dans un tableau. C’est le rôle de la fonction « Mesures-Voie », qui réclame en entrée le numéro de la voie et qui retourne les 2 valeurs corrigées (MAX et EFF).

Fig. 18. Fonction « Mesures-Voie » avec corrections des valeurs MAX et EFF.

4.5 Lecture des 4 voies d’un oscilloscope L’étape suivante consiste à effectuer les mesures sur les 4 voies de l’oscilloscope. Conformément au câblage de l’oscilloscope sur l’armoire :

- la voie 1 correspond au courant 1 ;

- la voie 3 correspond à la tension 1 ;

- la voie 4 correspond au courant 2 ;

- la voie 2 correspond à la tension 2.

Fig. 19. Fonction « Mesures-Oscilloscope » avec stockage des données dans un tableau.

Les 8 valeurs sont assemblées dans un tableau qui est retourné par la fonction.



4.6 Configuration automatique des oscilloscopes Les oscilloscopes sont dédiés par 2 aux 2 armoires de distribution électrique. Chaque armoire électrique impose ses capteurs de courant, les capteurs de tensions étant réalisés par les interfaces différentielles MTX 1032-B réglées en division par 100.

Le rôle de ce programme est donc :

- de paramétrer correctement les 4 oscilloscopes en fonction des capteurs des courants des armoires ;

- d’afficher correctement les courbes en tenant compte des calibres des capteurs ;

- d’assurer la synchronisation correcte des signaux.

Fig. 20. Fonction de réglage des oscilloscopes à partir du bouton « Init Scopes ».

4.6.1 Réglage d’un oscilloscope L’oscilloscope est identifié par son adresse IP. La base de temps, du déclenchement et du moyennage est tout d’abord réalisé. Ensuite les 4 voies sont paramétrées en fonction des valeurs des capteurs de courant et de tension.

Fig. 21. Fonction de réglage de l’oscilloscope.



4.6.2 Réglage de la base de temps Les commandes suivantes de réglage du TRIGGER (déclenchement) sont d’abord envoyées à l’oscilloscope :

- « TRIG:SOUR INT3; » : synchronisation sur la voie 3 (tension V1 ou V3) ;

- « :TRIG:SEQ1:SLOP POS; » : sur front montant ;

- « :TRIG:COUP AC; » : en mode AC ;

- « :TRIG:ATRIG 1; » : en mode déclenchement automatique ;

- « :TRIG:LEV 0 » : et un niveau de trigger = 0V.

Ensuite, le réglage de la base de temps est effectué par les commandes suivantes :

- « DISP:TRAC:X:PDIV 5ms; » : avec 5ms par carreau, une fenêtre de 50ms est affichée, correspondant à 2,5 périodes du secteur 50Hz ;

- : »AVER 1; » : le mode AVERAGE (valeur moyenne) est activé ;

- « :AVER:COUN 4 » : 4 acquisitions sont utilisées pour faire une valeur moyenne avant affichage. Cette fonction réalise un « filtrage » des grandeurs électriques.

4.6.3 Réglage d’une voie Les commandes « basiques » de réglage de la voie sont d’abord envoyées à l’oscilloscope :

- « DISP:TRAC:STAT x 1; » : affichage de voie x ;

- « :INP x T :COUP DC » : et un couplage en mode DC.

Ensuite, le réglage du coefficient de sonde et du label de la voie est réalisé. Enfin, le réglage en vertical est effectué par les commandes suivantes :

- « VOLT x :RANG :PTP yy; » : réglage de la sensibilité verticale PLEINE écran ;

- « :VOLT x :RANG :OFF 0 » : et un offset de voie = 0V (ou 0A).

Fig. 22. Fonction de réglage d’une voie de l’oscilloscope.



Les informations de réglage des coefficients de sonde, du label de la voie et du réglage plein écran sont fournies par la fonction « Coefficient-HAS ». Initialement prévue pour la sonde de courant, cette fonction a été étendue aux sondes de tension.

Les type de sondes disponibles sont :

• capteur de courant HAS 050-S ;



• sonde de tension x1 ;



Fig. 23. Fonction de calcul des coefficients de réglage d’une voie de l’oscilloscope.

Le nombre de spires n’est pris en compte que pour les capteurs de courant.

VxANV

AenCalibreK

tCoefficienspiresI

/4

1 ====××××

========

mes

(4)

Fig. 24. Fonction de calcul des coefficients de réglage d’une voie de l’oscilloscope.



Le calibre pleine échelle est calculé à partir de la formule :

carreauxxAV

carreauxAenCalibreCalibre 8/2

48 ====××××××××==== (5)

Les commandes de réglage du gain et du label de la voie sont donc :

- « DISP:TRAC:Y:PDIV x « Chaine Valeur »; » : coefficient de sonde de voie x ;

- « :DISP:TRAC:Y:LAB x « Unité » » : et valeur de l’unité de la voie x.

4.7 Le cœur du programme Le cœur du programme se décompose en 3 séquences :

0. acquisitions sur les 4 oscilloscopes ;

1. conversions en chaine de caractères et enregistrement dans le fichier ;

2. temporisation de la mesure.

4.7.1 Séquence 0 – Acquisitions sur les 4 oscillosc opes Grâce au flux d’erreur, les 4 oscilloscopes sont interrogés les uns après les autres et fournissent chacun un tableau de 8 valeurs.

Pour l’affichage, un sous VI est chargé d’extraire les valeurs de courant et tension efficaces, ainsi que de calculer la valeur de la puissance apparente de la phase par le produit :

(((( )))) (((( )))) (((( ))))AIeffVVeffVAS ××××==== (6)

Fig. 25. Acquisitions sur les 4 oscilloscopes.

La puissance apparente d’une armoire est obtenue par sommation des puissances apparentes des 3 phases :

(((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( ))))VASAVASAVASAVASA 321 ++++++++==== (7)

La puissance totale consommée est obtenue en additionnant les 2 puissances des armoires :

(((( )))) (((( )))) (((( ))))VASBVASAVAStotale ++++==== (8)



Fig. 26. Diagramme du sous VI « Calculs-Canal ».

Le sous VI « Calculs-Canal » extrait les informations à partir du « Tableau de mesures » et du rang contenu dans la variable « Canal » qui vaut 0 pour « V1-I1 » et qui vaut 1 pour « V2-I2 ». Les données sont stockées dans l’ordre suivant dans le tableau :

Tableau 4. Ordre de stockage dans le « Tableau de mesures »

1 I1eff

2 I1max

3 V1eff

4 V1max

5 I2eff

6 I2max

7 V2eff

8 V2max



4.7.2 Séquence 1 – Conversions des tableaux en chaî ne de caractères Cette étape de séquence convertit les données en une chaîne de caractères qui sera ajoutée au fichier texte contenant toutes les données.

Fig. 27. Conversions des données en chaîne de caractères.

Le premier sous VI convertit la date et heure courante en chaîne de caractères : c’est cet instant qui est utilisé pour « dater » la mesure. Il y a une erreur de quelques secondes, erreur différente en fonction des oscilloscopes. Cet instant correspond à l’instant d’enregistrement des données et donne la bonne périodicité des mesures.

Fig. 28. Conversions de la date et de l’heure de l’enregistrement.

Les différentes données sont séparées par des tabulations. Les chaînes de caractères « =C2+B3-B2 » et « =HEURE(C2)*3600+MINUTE(C2)*60+SECONDE(C2) » seront utilisées par le tableau pour calculer la durée relative de la mesure et convertir cette durée en secondes.

Le sous VI « Texte-Tableau » convertit les 8 valeurs du « Tableau de mesures » en une chaîne de caractères. Les valeurs sont séparées par des tabulations.



Fig. 29. Conversions des données du tableau de mesures.

La chaîne ainsi obtenue est ajoutée à la chaîne d’entrée (qui doit se terminer par une tabulation). Un caractère tabulation est ajouté en fin de chaîne.

L’enchaînement des sous VI est réalisé par cette chaîne de caractères qui est transmise de sous VI en sous VI, augmentée au passage des valeurs des tableaux des 4 oscilloscopes.

Un dernier sous VI est utilisé pour la conversion des puissances apparentes des 2 armoires, SA et SB. La puissance totale est également ajoutée à la chaîne de caractères. La chaîne de sortie se termine par la chaîne de caractère « Commentaires » et du caractère de fin de ligne retour chariot.

Fig. 30. Conversions des puissances SA et SB et ajout du commentaire.

La dernière fonction de la ligne permet l’enregistrement de la chaîne de caractères dans le fichier, en ajoutant la ligne au fichier existant.

Fig. 31. Ecriture des caractères dans un fichier texte.



4.7.3 Séquence 2 – Affichage de la temporisation de mesure Cette étape permet d’ajouter un délai entre les mesures. La boucle « while » est utilisée pour récupérer et afficher le temps courant lors de la durée de la minuterie.

Dans une prochaine version, il serait judicieux d’afficher un « décompteur » pour indiquer le temps restant avant la prochaine mesure.

Le temps contenu dans la variable « Intervalle (en s) » ne correspond donc pas au temps entre chaque mesure : il faut ajouter les temps d’exécution du programme, des mesures sur les 4 oscilloscopes, de la conversion des données et de leur enregistrement.

Par contre, la date et l’heure de l’enregistrement donnent bien la périodicité de la mesure !

Fig. 32. Affichage de la temporisation de mesure.

5 Exploitation des données L’exploitation des données se fait par traitement du fichier de données brutes, stockées dans un fichier texte, par un tableur, ici le logiciel EXCEL de la suite Microsoft.

5.1 Structure du fichier de données Le fichier de données est créé avec une ligne correspondante à un en-tête compatible avec EXCEL. Le format des données étant fixé par la programmation sous LabView, la ligne d’en-tête est identique pour tous les fichiers de mesure.

Date Temps Temps relatif Secondes IA1max(A) IA1eff(A) VA1max(V) VA1eff(V) IA2max(A) IA2eff(A) VA2max(V) VA2eff(V) IA3max(A) IA3eff(A) VA3max(V) VA3eff(V) IANmax(A) IANeff(A) VANmax(V) VANeff(V) IB1max(A) IB1eff(A) VB1max(V) VB1eff(V) IB2max(A) IB2eff(A) VB2max(V) VB2eff(V) IB3max(A) IB3eff(A) VB3max(V) VB3eff(V) IBNmax(A) IBNeff(A) VBNmax(V) VBNeff(V) SA(VA) SB(VA) Puissance(VA) Commentaires

Fig. 33. Ligne d’en-tête par défaut du fichier de données.

La date du jour de la mesure est utilisée comme nom de fichier.



5.2 Première exploitation L’ouverture du fichier texte par le tableur EXCEL doit se faire en spécifiant que le séparateur de données est une tabulation. Une erreur de référence circulaire apparaît, correspondant à la formule erronée de la case C2.

Il faut affecter à la colonne « Temps relatif » le format des données « Heure », mettre à 0 la première valeur (en C2) et copier/coller la formule pour qu’elle s’incrémente.

Pour la colonne « Secondes », il faut copier/coller la formule de la case D2 pour qu’elle s’incrémente.

Fig. 34. Récupération des données dans le tableur EXCEL.

Le premier onglet est renommé en « DATA ». Le fichier est enregistré en format EXCEL.

Dans un premier temps, un graphe par armoire représentant les 3 courants efficaces de chaque armoire sont tracés.

L’axe des abscisses est gradué en multiple de 60s, ici 3600s (1 heure) avec affichage par tranche de 7200s (2 heures).

Les courants évoluent jusqu'à 55A pour l’armoire A et 45A pour l’armoire B.

Pour ce fichier, les mesures ont démarré le vendredi 27 mai 2011 à 9h45.

Il y a eu un « plantage » après 12h04, à 8300s. L’opérateur a repris les mesures à 21h02, à 40624 secondes.

On voit alors la charge des derniers karts rentrées au stand, avec une consommation réduite pendant la nuit.

La consommation reprend le samedi 28 mai 2011, vers 9h05, à 84007 secondes.



Fig. 35. Courant efficace en fonction du temps pour l’armoire A.

Fig. 36. Courant efficace en fonction du temps pour l’armoire B.



5.3 Une erreur de programmation ! Ou comment perdre une année de mesures…

En examinant les courbes précédentes avec attention, on s’aperçoit que les courbes de IA3(eff) et IB3(eff) présentent une forte similitude. Le tracé des 2 courants en fonction du temps confirme cette similitude, même si les valeurs numériques ne sont pas rigoureusement identiques.

Fig. 37. Courant efficace des phases 3 en fonction du temps pour les armoires A et B.

Il faut retourner voir la programmation LabView pour avoir l’explication de cette similitude :

l’adresse IP du 2ième oscilloscope est une « Variable Locale » et une erreur d’affectation s’est produite lors de la sélection dans la liste des variables locales disponibles.

L’adresse IP du 2ième oscilloscope est identique à l’adresse IP du 4ième oscilloscope !

Fig. 38. Zoom sur la programmation de l’acquisition sur les 4 oscilloscopes.



Les grandeurs IA3, VA3, IAN et VAN sont identiques aux grandeurs IB3, VB3, IBN et VBN.

Les légères variations des valeurs numériques s’expliquent par le fait que les acquisitions ont été faites une deuxième fois, à quelques secondes d’intervalle.

Une partie des données de l’armoire A est donc inutilisable.

Les données de l’armoire B sont correctes.

5.4 Exploitation des données partielles 2011 L’hypothèse principale de cette exploitation de données est la présence de 29 karts électriques dans les stands.

La deuxième information importante est la présence simultanée d’un maximum de 8 karts en piste et donc la mise en fonction « charge de puissance » simultanée de 8 chargeurs au maximum.

Un maximum de 29 karts électriques se retrouvent en charge d’entretien simultanément.

5.4.1 Estimation des données manquantes Les données manquantes sont estimées à partir des moyennes des données disponibles. Même si cela ne reflète pas la réalité (le branchement des chargeurs sur les phases et leur utilisation ne sont pas forcement équilibrés et répartis sur les 3 phases), cela permettra d’avoir une première idée de la consommation globale lors du festival pédagogique.

Ainsi, les conventions suivantes sont adoptées :

(((( )))) (((( )))) (((( ))))2

21*3

AIAAIAAIA effeff

eff

++++==== (9)

(((( )))) (((( )))) (((( ))))2

21*3

AVAAVAAVA effeff

eff

++++==== (10)

(((( )))) (((( )))) (((( ))))*3*3*3 AIAAVAVASA effeff ××××==== (11)

(((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( ))))*321* ASAVASAVASAVASA ++++++++==== (12)

(((( )))) (((( )))) (((( ))))VASBVASAVAPuissance ++++==== ** (13)

Les grandeurs estimées sont notées avec un astérisque « * ».

5.4.2 Les données du jeudi 26 mai 2011 L’enregistrement du jeudi 26 mai 2011 n’a eu lieu qu’en soirée, de 22h57min à 01h34min le vendredi matin (00h00 correspondant à 3730 secondes environ).

Les courants de phase des chargeurs en mode « entretien des batteries » varient entre 0,5A et 2A.

Les tensions de phase sont relativement stables au cours de l’enregistrement, avec des valeurs variant de 240V à 243V.

La puissance apparente consommée lors de cet essai est d’environ 1350 VA, soit à peu près 46 VA par chargeur en mode « entretien », ce qui est une valeur raisonnable.



Fig. 39. Courants efficaces en fonction du temps pour le jeudi 26 mai 2011, en soirée.

Fig. 40. Tensions efficaces en fonction du temps pour le jeudi 26 mai 2011, en soirée.



Fig. 41. Puissances apparentes en fonction du temps pour le jeudi 26 mai 2011, en soirée.

5.4.3 Les données du vendredi 27 mai 2011 au matin Pour ce fichier, les mesures ont démarré le vendredi 27 mai 2011 à 9h45. La charge se termine vers 10h05 (1200 secondes) : ensuite il a plu sur la piste et les karts n’ont plus roulé.

Les charges ont repris à 11h25 (6000 s). Il y a eu un « plantage » après 12h04, à 8320s.

La courbe de IB3eff(A) montre un temps de charge de 12 minutes, pour un courant maximal de 23,4 A environ. Le courant crête de 36,3 A correspond à un redresseur capacitif : le facteur de crête vaut 0,64.

Fig. 42. Courants efficaces en fonction du temps pour le vendredi 27 mai 2011, le matin.



Les tensions de phase étant relativement constantes, l’évolution de la puissance consommée suit celle de la consommation en courant.

Les puissances atteignent 6 kVA pour l’armoire B (240 V 25A) et 12 kVA pour l’armoire A (2 x 240V et 25A). La puissance totale atteint ici 14 kW.

Le courant est présent sur 3 des 6 phases disponibles : il est important de bien repartir sur les 3 phases les chargeurs qui fonctionnent en même temps.

Fig. 43. Puissances en fonction du temps pour le vendredi 27 mai 2011, le matin.

5.4.4 Les données du vendredi 27 mai 2011 en soirée L’opérateur a repris les mesures à 21h02, à 40624 secondes.

On voit alors la charge des derniers karts rentrés au stand, avec une consommation réduite pendant la nuit. Les graphes sont tracés jusqu'à 01h45 du samedi matin, 57600 secondes.

Les pointes de courant sont plus importantes : 24 A, 36 A et 47 A (≤ 63A).

Pour IB1eff(A), il y a une consommation de 2,7 A (chargeur à vide ?). La charge du kart a demandé un courant de ligne de 17 A et duré environ 28 minutes à pleine puissance et 51 minutes de plus pour atteindre la charge complète.

Pour IA2eff(A), il faut environ 20 minutes pour avoir une charge complète, pour un courant de ligne de 24 A.

Pour IB3eff(A), le chargeur n’a consommé que 3 A : la charge a durée 3h53 min, plus 40 minutes pour atteindre la charge complète, soit 4h30min au totale. La puissance consommée est de 720 VA. En répartissant cette puissance sur 6 chargeurs CTEK MXS 7000, la puissance unitaire consommée est de 120 VA. Avec un facteur de puissance de l’ordre de 0,7 (redresseur capacitif), la puissance utile est de 84 W, ce qui correspond à 12 V x 7 A = 84 W.

L’armoire A a enregistré une pointe de puissance de 27 kVA et l’armoire B 9 kVA.

La puissance totale a atteint 36 kVA.

La puissance en fin de charge, pour l’entretien des batteries, retrouve une valeur de 1000 VA.



Fig. 44. Courants efficaces en fonction du temps pour le vendredi 27 mai 2011, en soirée.

Fig. 45. Puissances en fonction du temps pour le vendredi 27 mai 2011, en soirée.



5.4.5 Les données du samedi 28 mai 2011 le matin La consommation reprend le samedi 28 mai 2011, vers 8h32, à 82000 secondes. Les graphes s’arrêtent à 12h45 (97200), avant l’épreuve d’endurance.

Le graphe des courants efficaces fait apparaître quelques « petites » charges durant la préparation et le tour d’honneur. Ensuite de 9h35 (85800 s) et 10h40 (89700 s), les karts sont partis pour la parade, donc il n’y a plus de consommation dans les stands : il ne reste que les chargeurs à vide et la puissance vaut alors 1400 VA. Un pic de consommation est enregistré à 25 kVA, avec un courant maximum de 35A, vers 10h44.

Fig. 46. Courants efficaces en fonction du temps pour le samedi 28 mai 2011, le matin.

Fig. 47. Puissances en fonction du temps pour le samedi 28 mai 2011, le matin.



5.4.6 Les données du samedi 28 mai 2011 le midi Les graphes présentent la consommation entre 12h25 (96 000 s) et 15h45 (108 000 s).

L’épreuve d’endurance s’est déroulée entre 12h35 (96 580 s) et 14h35 (103 760 s).

Des crêtes de courant à 58 A sont enregistrées pour la phase IA2eff(A) et entre 30A et 45A pour les autres phases. La phase IB3eff(A) est peu utilisée.

La puissance totale atteint les 39 kVA pendant cette épreuve, avec un « palier moyen » autour de 30 kVA. Avec 20 A par chargeur, soit 4800 VA, cette puissance correspond à 6 chargeurs utilisés en pleine charge.

Fig. 48. Courants efficaces en fonction du temps pour le samedi 28 mai 2011, le midi.

Fig. 49. Puissances en fonction du temps pour le samedi 28 mai 2011, le midi.



5.4.7 Les données du samedi 28 mai 2011 en fin d’ap rès midi Les graphes suivants présentent la consommation entre 16h05 (109200 s) et 17h44 (115200 s). L’épreuve de « 50m départ arrêté » a permis aux karts de se recharger jusqu'à 16h45 (111600s). Ensuite les dernières courses ont eu lieu.

La puissance consommée ne dépasse pas les 18 kVA, environ moitié moins que pendant l’épreuve d’endurance.

Fig. 50. Courants efficaces en fonction du temps pour le samedi 28 mai 2011, en fin d’après midi.

Fig. 51. Puissances efficaces en fonction du temps pour le samedi 28 mai 2011 en fin d’après midi.



5.4.8 Les chutes de tension de ligne Les courants consommés étant plus importants, les chutes de tension de ligne sont plus importantes.

Les tensions oscillent autour des 240 V lorsque la consommation est faible.

Les tensions enregistrent une chute jusqu'à 230 V pour 45 A de consommation, et jusqu'à 227 V pour des consommations autour de 55 A

Fig. 52. Tensions de ligne efficaces en fonction du temps du vendredi 27 au samedi 28 mai 2011.

Fig. 53. Courants efficaces en fonction du temps du vendredi 27 au samedi 28 mai 2011.



6 Conclusion Malgré l’erreur de programmation sur l’adressage d’un oscilloscope, ce premier essai de mesure de consommation s’est avéré concluant. Il permet d’insister sur le fait qu’il est important d’appairer les phases 1,2 et 3 des 2 armoires de distribution et de bien répartir les chargeurs sur les différentes phases. Pour 2012, l’opérateur devra s’assurer du bon paramétrage et du bon fonctionnement des 4 oscilloscopes et de l’ordinateur de mesure. Il pourra faire du traitement de données « au fil de l’eau », afficher les consommations aux participants, mettre à jour le site web de l’événement et veiller à la bonne répartition des chargeurs sur l’ensemble de l’installation.

7 Bibliographie [1] Site web du festival pédagogique e-Kart 2011 de Vierzon http://www.e-kart.fr/2011,

consulté le 19 juillet 2011.

[2] Site web de l’Association CarTec Inno http://www.cartec-inno.com/, consulté le 19 juillet 2011.

[3] Site web de l’Association e-Kart http://www.e-kart.fr, consulté le 19 juillet 2011.

[4] Site web de la société Chauvin Arnoux http://www.chauvin-arnoux.fr/, consulté le 19 juillet 2011.

[5] Site web de la société National Instruments http://www.ni.com, consulté le 19 juillet 2011.

[6] Site web de la société Microsoft http://www.microsoft.com/, consulté le 19 juillet 2011.

[7] T. LEQUEU, Association e-Kart, Projet 06 - ARMOIRE1 / Armoire de distribution électrique pour le festival pédagogique e-Kart, projet THIERRY1, janvier 2011. http://www.thierry-lequeu.fr/data/DIV590.HTM, consulté le 16 juillet 2011.

[8] Site web de la société Kartmasters http://www.kartmasters.fr, consulté le 19 juillet 2011.

[9] Documentation des capteurs LEM HAS xxx-s, consulté le 17 juillet 2011, http://www.lem.com/docs/products/has%2050%20600-s%20e.pdf

[10] T. LEQUEU, Projet 04 - LEM-BNC / Interface BNC et alimentations pour capteurs LEM, projet IUT 6, mars 2011. http://www.thierry-lequeu.fr/data/DIV552.HTM, consulté le 16 juillet 2011.

[11] Documentation des oscilloscopes METRIX MTX 3354, le 17 juillet 2011, http://www.chauvin-arnoux.fr/display.asp?8423

[12] Documentation des modules METRIX MTX 1032, consulté le 17 juillet 2011, http://www.chauvin-arnoux.fr/Produit/Famille_detail.asp?idFam=1953&idPole=1

[13] Documentation du logiciel de programmation graphique Labview, le 17 juillet 2011, http://www.ni.com/labview/f/

[14] Notice de programmation à distance des oscilloscopes Portable SCOPIX OX 7xxx, 51 pages, fichier : OX7xxx_NP_X02582D00_FR.pdf

[15] T. LEQUEU, Prog. 10 - METRIX / Mesure de la consommation électrique lors du festival pédagogique e-Kart de Vierzon - Programmation LABVIEW via internet, Documentation de programmation, aout 2012. http://www.thierry-lequeu.fr/data/DIV612.HTM, consulté le 8 août 2012.



Table des matières : Mesure de la consommation électrique lors du festival e-Kart 2011 de Vierzon ...................... 1

Applications des oscilloscopes Metrix pilotés par LabView via internet .................................. 1

Note d’Application EK011-FR – Juillet 2011 ............................................................................ 1 1 Introduction ........................................................................................................................ 1

2 La répartition de l’alimentation électrique ......................................................................... 2 2.1 Les armoires de répartition .......................................................................................... 2 2.2 Mesure des tensions ..................................................................................................... 3 2.3 Mesure des courants .................................................................................................... 4

3 Les oscilloscopes Metrix MTX 3354 ................................................................................. 5 3.1 Caractéristiques générales ........................................................................................... 5 3.2 Câblage de l’oscilloscope pour les phases 1 et 2 ......................................................... 6

3.3 Câblage de l’oscilloscope pour la phase 3 et le NEUTRE .......................................... 7

4 L’interface logiciel LabView ............................................................................................. 8 4.1 Objectifs ....................................................................................................................... 8 4.2 Structure du programme .............................................................................................. 9 4.3 Principe de communication avec un oscilloscope via internet .................................. 10

4.3.1 Connexion via internet ....................................................................................... 10 4.3.2 Lire et écrire dans l’appareil via internet............................................................ 10

4.3.3 La fonction « Acquisition TCP » ....................................................................... 11

4.3.4 REMARQUE IMPORTANTE ........................................................................... 12

4.4 Correction de la mesure des valeurs efficaces ........................................................... 13

4.5 Lecture des 4 voies d’un oscilloscope ....................................................................... 13 4.6 Configuration automatique des oscilloscopes ........................................................... 14

4.6.1 Réglage d’un oscilloscope .................................................................................. 14 4.6.2 Réglage de la base de temps ............................................................................... 15 4.6.3 Réglage d’une voie ............................................................................................. 15

4.7 Le cœur du programme .............................................................................................. 17 4.7.1 Séquence 0 – Acquisitions sur les 4 oscilloscopes ............................................. 17

4.7.2 Séquence 1 – Conversions des tableaux en chaîne de caractères ....................... 19

4.7.3 Séquence 2 – Affichage de la temporisation de mesure ..................................... 21

5 Exploitation des données .................................................................................................. 21 5.1 Structure du fichier de données ................................................................................. 21 5.2 Première exploitation ................................................................................................. 22 5.3 Une erreur de programmation ! ................................................................................. 24 5.4 Exploitation des données partielles 2011 .................................................................. 25

5.4.1 Estimation des données manquantes .................................................................. 25

5.4.2 Les données du jeudi 26 mai 2011 ..................................................................... 25

5.4.3 Les données du vendredi 27 mai 2011 au matin ................................................ 27

5.4.4 Les données du vendredi 27 mai 2011 en soirée ................................................ 28

5.4.5 Les données du samedi 28 mai 2011 le matin .................................................... 30

5.4.6 Les données du samedi 28 mai 2011 le midi ..................................................... 31

5.4.7 Les données du samedi 28 mai 2011 en fin d’après midi .................................. 32

5.4.8 Les chutes de tension de ligne ............................................................................ 33 6 Conclusion ........................................................................................................................ 34

7 Bibliographie .................................................................................................................... 34

Documents

Mesure de la consommation électrique lors du festival e-Kart … · 2019-01-12 · 2.3 Mesure des courants Pour la mesure des courants, les capteurs de courant LEM HAS xxx-S en +15V/-15V