electronique de puissance introduction la répartition par processus de la consommation dénergie...
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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