|
Se l'imposer à soi-même, c'est force
supe'rieure."
c'est sagesse supe'rieure. Imposer sa volonte' aux autres, c'est
force. "Connaître les autres, c'est sagesse. Se connaître
soi-même,
Lao-tseu
Remerciements
Yacinthe Faye;
A mes parents qui ont fait de moi ce que je suis;
Mes s1/2urs en particulier Ami;
Ainsi qu'à Mbaye Cissé;
Toute ma famille dans l'ensemble; Tonton Mbacké et
famille;
Alioune Dafonou pour sa présence sa faille;
Demba Seck Directeur des ressources humaines à la
SENELEC
Mon frére, mon ami, mon binôme Abdoul Aziz Fall;
Ainsi qu'à son collègue Mr Diagne Aïssatou
Diallo et famille;
Mon professeur encadreur Mr Samba Gueye
Pape War Gueye Directeur de sérvice à la SENELEC
Pape Demba responsable à la DAU Babacar Diallo et
Moustapha Diallo Rahim Niang ingénieur mécanicien aux ICS
Mr Abou Tall professeur au CFPT S/J Mr Kébé
professeur au CFPT S/J
Mr Diagne Directeur d'Inter Technique
Ainsi que tout le personnel en particulier Marie Louise
Mes professeurs
Diadji, Badara et Ousseynou
Mes compagnons et amis Thiérno Faye, Ibrahima Kane,
Boïlil Sy, Baye Mor Et mon père Cheikh Abba Fall
Ma deuxième Famille Fall en particulier ma mère
à moi Maïmouna Beye
Ainsi qu'à toute personne qui a contribué de
près ou de loin à ce travail.
Ma promotion en particulier Cheikh Tidiane Diouf
Djibril Sagna
Tout le personnel de la CGE Serigne Abib Gaye
Serigne Abdou Razakh
Table des matières
Avant propos 11
Introduction 12
1.1 Le champ magnétique 15 1.2 Notion de tension16 1.3
Définitions : volts, ampère,watt et ohm 17
I Aspects théoriques de la tension électrique 14
1 Définition de la tension électrique
1.3.2 La tension 17 1.3.1 Le courant 17 1.3.3 La
résistance 17
15
1.8 La puissance électrique21 1.4 Les notions de
puissanceetd'énergie:Kilowatt ou kilowattheure18 1.5 Le courant
alternatif 18 1.6 Les tensions : triphasées et monophasées (phase
(s), neutre) 19 1.7 Transfert et transformation d'énergie dans un
circuit électrique20
1.8.1 Relation entrepuissancetensionetintensité 22 1.8.2
Généralisation 22 1.8.3 Tension
auxbornesd'élémentsplacesenparallèle 22 1.8.6 Cas pratique
: exemple de la senelec 35 1.8.5 Aspects techniques et pratiques de latension
24
1.8.4
Classificationdesréseauxélectriqueetlestensionsnor-
malisées 23
2.1 Définition de la régulaton 53
2.1.1 Qualité de l'énergie électrique
53
2 La régulation
53
2.1.2 Contexte 532.1.5 Surtensions temporaires ou
transitoires-dé~nition 56
2.2 Pourquoi réguler la tensionélectrique 61
2.1.6 Fluctuation lente de la tension (Flicker)-dé~nition
56
2.1.4 Creux de tension et coupures : dé~nition 55 2.1.8
Harmoniques et interharmoniques:dé~nitions 58 2.1.3 Qualité de
l'énergie électrique : critères et dé~nitions 54
2.2.2 Ligne résistive62 2.2.3 Ligne inductive
63 2.2.5 Ligne inductive reliant deux réseaux 65 2.2.6
Récapitulation de la puissancetransportée 69 2.2.7 Choix de la
tension de ligne 69 2.2.1 Variation de
tensionetpuissancemaximaletransportable 61 2.1.7 Déséquilibre du
systèmetriphasédetensions-dé~nition 57 2.2.4 Ligne
inductive avec compensation 64
3 Les techniques de régulation
3.2 Autres moyens de réglage delatensionBT 81 3.1 Le
réglage de la tension 74
3.1.2 Cas réels : influence desrésistances 77
3.1.1 Cas théorique : sans lesrésistances 76
3.1.3 Comment éviter les surtensionsduesaucondensateurs79
74
3.2.1 Régulateur statique 81 3.2.2 Autotransformateur
variable 81
II Applications dans l'industrie 83
4 Machines à courantcontinu
4.4 Couple électromagnétique 85 4.5
Fonctionnement en moteurdelamachineàcourantcontinu 86 4.6 Fonctionnement
de la machineàcourantcontinuengénératrice 90 4.3 La force
électromotrice (f.e.m.)E 84 4.1 Généralités 84
4.2 Modèle électrique d'une machineàcourantcontinu 84
4.5.1 Le moteur à excitationindépendante 86 4.5.3 Quelques
considérationspourlemoteuràcourantcontinu 89 4.5.2 Le moteur
à excitationsérie 87
84
4.7 Exercices d'application 91
5 les machines à courantalternatifs:exempledesmoteurs
asyncrones
5.1 Classification des moteursacourantalternatif 94
5.3 Construction 96 5.4 Les moteurs à cage 98 5.5 Les
moteurs a rotor bobiné 98 5.6 Principe de fonctionnement 99 5.2
Principe de fonctionnementdesmoteursasynchronetriphasé 95
5.3.2 Le Rotor96 5.3.1 Le Stator 96
94
5.8 Caractéristiques des moteurs asynchrones 102
5.7 Représentation schématique 101
5.9 Bilan des puissances103 5.10 Démarrage d'un moteur
asynchrone 104
5.8.1 Fonctionnement à vide 102
5.8.4 Résumé des caractéristiques 103
5.8.3 Caractéristique mécaniqueTu
5.8.2 Fonctionnement en charge 102
= f(n) 102
5.11 Puissance d'un moteur asynchrone 107
5.10.1
Organisatgénéraleraledéquipementmentdedémarrage104
5.11.2
pertes par effet joule au stator:Pjs 108 5.11.3 Perte
feraustator:Pfr 108 5.11.4 Puissancetransmise:Ptr 108
5.11.5 Momentducoupleélectromagnétique:Tem 108
5.11.6 Puissancemécaniquetotale:PM 108
5.11.1 Puissance électrique absorbée:Pa
107
5.10.2 Démarrage direct 105 5.10.3 Démarrage
étoile - triangle 106
5.11.7 Pertes
pareffetjouleetpertesdansleferaurotor:Pjr
5.11.16 Complément:caractéristiquesT
5.11.14Utilisationdumoteurasynchrone 111 5.11.15Réversibilité
111 5.11.11 Bilan des puissances à vide 109 5.11.12 Point
defonctionnementdumoteurencharge 110 5.11.13 Moteur
asynchronemonophasé 110 5.11.9 Pertes collectives : Pc109
5.11.10 Puissance utile : Pu109 5.11.8 pertes mécaniques :
Pm 109 charges 111 et Pfr 109 = f(n)dequelques
5.11.17avantages des moteurs asynchrones 112
5.11.18 Inconvénient des moteurs asynchrones 113
6 Les transformateurs
6.1 Intérêt 114 6.2 Constitution 114 6.3 Grandeurs
caractéristiquesd'untransformateurtriphasé 117
6.2.1 Equations électriques 115
114
6.5 Marche en parallèle des
transformateurstriphasés 121 6.4 Couplage du transformateur 118
6.5.1 Principe121 6.4.1 Principe 118 6.4.2
Couplagesnormalisés 119
6.3.3 Indice horaire 117 6.3.1 Fonctionnementnominal 117 6.3.2
Rapport de transformation 117
6.4.3
Déterminationdel'indicehoraire(méthodedesélectri-
6.6 Transformateurs spéciaux 123
6.6.2 Transformateurs de mesures 124
6.5.2 Conditions de couplageenparallèle 122 6.5.3
Groupes d'indices horaires 122 6.6.1 Autotransformateur 123
ciens) 121
Conclusion 126
Annexes 127
Liste des tableaux
1.1 Nomenclature en fonction de la tension efficace 23
1.2 Tensions normalisées des réseaux
électriques en courant alternatif 23
5.2 Couplage des bobines d'un moteur en fonction du réseau
107
5.1 Nombre de pôles en fonction de n8 96
6.1 Nombre de pôles en fonction de n8 123
Table des figures
1.3 Tension triphasée :Haute tension &
tension220Vavecterre 20
1.2 Tension triphasée19
1.6 Comparaison d'après les données fabricants
entre unebarrièreSchottky
1.5 Comparaison alimentation haut de gamme et basdegamme 32
1.9 Répartition de la puissance installée 37
1.10 Réseau de distribution 37
1.7 Répartition de puissance selon les
équipements.36 1.8 Puissance installée par type de centraleenZDD4
36 1.11 Longueur des lignesMT 38 1.12 Puissance des
différentessousstations 38 1.13 Les postes MT/BT 39 1.4 Cas de
différence de phase possible 28 1.1 La différence de potentiel
16
issue d'une Seasonic S12 et d'une LC Power 550 W 34
1.16 Contribution du réseau interconnecté 42 1.17
Production, disponibilité etrendementduRIen2004 43 1.18 Production,
disponibilité etrendementduRNIen2004 43 1.20 Evolution du prix des FO
entre 2003 et 2004 45 1.21 Evolution des prix du DO entre2003et2004 46 1.22
Evolution des prix des autres combustibles(Kérozéneetgaz)en2004
46 1.25 Disponibilité et rendement du parcen2004. 48 1.26 Energie
distribuée par source 49 1.27 Energie distribuée par source en
2004 50
1.14 Répartition de la production 41
1.15 Courbes de
chargesdesjournéescaractéristiquesduréseauinter-
1.19 La disponibilité du RNI 44
connecté en 2004 42
1.23 Coût du combustible/réseau enMilliardsdeFcfa
47
1.24 Poids des dépenses de
combustiblesparréseauen2004 47
1.29 Evolution des interruptions de services par nature de la
cause. 52
1.28 Répartition des incidents par niveau tension pour
Dakar et les régions. 51
1.30 Evolution de l'END par nature de la cause. 52
2.2 Fluctuation 57
2.1 Creux de tension 55
2.3 Déséquilibredetension 58
2.5
Caractéristiquesd'unechargerésistivealimentéeparuneligneré-
2.4 Représentationd'uneondedéformée 59
2.8 Ligne inductive reliant deux grandsréseaux 67
2.6
Caractéristiquesd'unechargerésistivealimentéeparunelignein-
2.7
Caractéristiques
d'unechargerésistivealimentéparunelignein-
sistive 62
2.9 Caractéristiques d'une ligne
reliantdeuxgrandsréseaux. 68
ductive compensée 66 ductive 64
2.12 Régulation d'une charge résistive 72
2.10 Puissance d'une ligne inductive compensée 69
2.11 Comparaison des courbes de
régulationenfonctiondelapuissance
active transportée par la charge. 70
tion d'énergie réactive 75
3.1 Transformateur
débitantsurunchargeinductiveaveccompensa-
3.2 Analyseur depuissanceetd'énergieélectrique 76
3.3 VariationsdeU2enfonctiondeQ(résistancesduréseauincluses) 78
3.4 VariationsdeU2enfonctiondeQ(résistancesduréseauincluses) 79
3.5 Variateur etrégleurdetensionenarmoire 80
3.6 Réglage
delatensionBTparlesprisesàvidesdutransformateur
HTA/BT 82
4.1 Modèle électrique d'une machine à
courant continu 85 4.2 Modèle électrique du moteur à
excitation indépendante 86 4.3 Modèle électrique du
moteur à excitation série 88 4.4 Caractéristiques d'un
moteur à courant continu 904.5 Modèle de la MCC en
génératrice 90
5.1 Modèle du rotor en cageenécureuil 97 5.2
Modèle du rotor bobiné 97 5.5 Le champ magnétique
résultant en diphasé.101 5.3 Sens de parcours du champ
magnétique généréeparlabobine 99 5.4
Représentation du courant en alternatif 100 5.6 le champ
magnétique résultant en triphasé.102 5.7 Principe de
fonction du moteur asynchrone. 103 5.8
Représentation schématique d'un moteur asynchrone. 104
5.9 Caractéristiques mécaniques d'un
moteurasynchrone.105 5.10 Bilan de répartition de la puissance
dansunmotasyncronesrone 106 5.12 Caractéristique de fonctionnement du
moteur en charge 110 5.13 Moteur asynchrone
monophasé.110 5.14 Courbes caractéristiques de différentes
charges.112 5.15 Courbes caractéristiques de différentes charges.
112
5.11 couplage des bobines en étoile triangle. 107
6.2 Bobines
dtransformateurteurmonophaséélémentaire. 115 6.3
Transformateur colonne. 116 6.4 Transformateur rapport de transformation 118
6.5 Couplage normalisés couplage étoile-étoile.119 6.6
Couplage normalisés couplagetriangle-étoile 120 6.7 Couplage
normalisés couplageétoile-zigzag.120 6.8 Transformateurs
couplés en parallèle.122 6.9 Couplage de transformateurs.123 6.1
Constitution d'un transformateur. 114
6.10 Représentation d'un autotransformateur.
124 6.11 Transformateur de mesures. 124
Avant propos
électriques et magnétiques et d'autre part , leurs
applications pratiques.
L'électrotechnique en tant que science, étudie
d'une part les phénomènes trices d'énergie
électrique. L'énergie électrique est produite au niveau
des centrales équipées d'alternateurs et de
génératrices. Elle est transformée aux des lignes de
réseau électrique et distribuée aux récepteurs.
sous-stations à l'aide d'appareils électriques
pour être ensuite transportée par
L'industrie énergétique moderne est
représentée par les usines producimportant secteur industriel.
Les machines outils et les mécanismes sont dans la plupart des cas
à commande électrique, c'est à dire qu'ils sont
entraînés par depuis longtemps des branches distinctes ont une
base théorique commune des moteurs électriques. La radiotechnique
et l'électronique qui constituent
La fabrication de machines électriques et de
transformateurs occupe un
dernière.
avec l'électrotechnique et se sont
développées comme des branches de cette
et électromagnétiques.
électroniques, de convertisseurs, de relais et d'autres
appareils électriques
souvent des systèmes d'automatismes
électriques équipés d'amplificateurs
Les systèmes de commande automatique et de
régulation sont le plus tion de phénomènes physiques. Les
principaux organes de ces machines sont plexes, résolvent des
problèmes logiques compliqués et permettent la simula-
fondamentales de champ électromagnétique, et permet de sortir du
cercle réalisés à partir des appareils et dispositifs
électriques, électromagnétiques et
électroniques.
Les calculatrices modernes et les ordinateurs effectuent des
calculs comélectrotechniques et radiotechniques implique la
considération des notions étroit de notions liées
uniquement aux circuits électriques et de mieux comprendre le sens
physique des phénomènes électriques et
magnétiques.
Cet emploi à l'échelle industrielle des divers
dispositifs et équipements
Introduction
commençait par frotter un morceau d'ambre (sorte de
résine fossile que les
métalliques) avec un morceau de
fourrure. On était alors capable d'attirer
Grecs nommaient elektron).
Puis on frottait des plumes d'oiseau (ou des fils
CertainsphénomènesélectriquesintriguèrentdéjàlesanciensGrecs.On
frottait énergiquement (électrostatique).
les plumes d'oiseau grâce à l'ambre
(expériences de Thalès, vers 600 av JC). Bien plus tard, au
xVI`eme siècle, le chercheur anglais Gilbert suggéra
d'appointe en métal, il le fit voler au cours d'un orage. Il apporta
alors la preuve peler "électricité" la cause de cette force
d'attraction. Il découvrit aussi que d'autres matériaux, comme le
verre, devenaient électriques lorsque on les simples pointes en fer
attachées en haut du bâtiment et reliées au sol par que les
nuages d'orage étaient électrisés, car le cerf-volant leur
prenait de l'électricité. En conséquence de quoi, on put
construire les paratonnerres (de
En 1752, Franklin réalisa sa célèbre
expérience du cerf-volant. Muni d'une
des fils conducteurs). En 1785 Charles Coulomb réussit
à mesurer précisé-
- positive ou négative - alors que les masses, elles,
ne sont jamais négatives). une énorme différence (les
charges électriques pouvaient être de deux natures
électrostatique ressemblait à la force gravitationnelle de Newton
mais avec
la distance entre les charges électriques responsables.
Il constata que la force ment les forces électrostatiques d'attraction
et de répulsion, en fonction de
trempé dans de l'eau salée). Après la
découverte du courant et de la pile, des solutions chimiques. Il en
déduisit que l'origine du courant électrique était
plutôt due à la jonction des deux métaux différents.
Il perfectionna
telle l'électrodynamique entre autres (Ampère, Ohm,
Joule, etc.).
continu grâce à du cuivre, de l'argent et du zinc
(séparés par du buvard les scientifiques étudièrent
de plus en plus les "mouvements de l'électricité", son
système qui devint la pile électrique. Une pile livrait un petit
courant
Par la suite, Volta expérimenta en combinant
différents métaux reliés par
teurs électriques. Auparavant, les piles ne livraient que
du courant continu
chers. Dès 1830, Faraday réussit à
produire du courant grâce au mouvement
et le prix de revient
était élevé à cause des composants chimiques, rares
et
moitié du XIXme siècle, fut rendue possible grâce
à l'invention des généra-
L'utilisation à grande
échelle du courant électrique, à partir de la
deuxième
namo).
mécanique d'un conducteur métallique entre les
bras de fer d'un aimant (dytrielle d'électricité, à bas
prix et en grande quantité, devint possible. Depuis prendre comment ces
phénomènes étaient possibles. La production indus-
alimentations a connu un développement fulgurant à partir du
XX`eme siècle. l'homme n'a cessé de mener des recherches dans ce
domaine aboutissant à l'avènement de l'électrotechnique
qui est une application de l'électricité dans
La théorie électromagnétique de Maxwell,
en 1860, permit enfin de coml'entreprise. L'électrotechnique ou
l'étude des machines électriques et de leurs veau des
installations industrielles afin d'avoir une tension constante quelque
triel.
grande puissance, ont été d'une importance
capitale dans le secteur indusglage de la vitesse des machines à courant
alternatif et à courant continu de
fait indispensable de faire son étude, c'est cela qui a
suscité d'ailleurs l'intérêt tension électrique au
niveau des installations industrielles.
de maintenir à tout prix dans l'industrie une tension
invariable il est tout à C'est dans ce cadre, qu'il est obligatoire de
réguler la tension électrique au ni-
En effet les évolutions les plus récentes en ce
domaine, notamment le ré- de ma réflexion sur ce thème de
mémoire portant sur : la régulation de la soit les aléas
du réseau électrique ou des dispositifs industriels. Vu la
nécessité trie en prenant l'exemple des machines à courant
continus, des machines à trique et de régulation, j'examinerai
ensuite, dans quelles conditions la né- les techniques de
régulation. Je terminerai sur ses applications dans
l'induscessité de réguler la tension électrique s'impose
à l'industrie, puis j'étudierai
Dans un premier temps je tenterai de définir les notions
de tension élec-
courant alternatifs tels que les moteurs asynchrones et les
transformateurs.
de la tension électrique au niveau des installations
industrielles.
sur le thème et je formulerai mon point de vue personnel
sur la régulation
En guise de conclusion, je donnerai une synthèse de
l'étude qui a été faite
Première partie
Aspects théoriques de la tension
électrique
Chapitre 1
Définition de la tension électrique
1.1 Le champ magnétique
Le champ électrique (CE) et l'induction
magnétique, comme le champ de
Petit Larousse).
un corps électrisé ou un corps pesant est soumis
à des forces (dictionnaire gravitation, peuvent être
considérés comme un espace dans lequel un aimant, L'induction
magnétique
A proximité du feu, chacun peut ressentir la chaleur
dégagée mais ne la voit chaleur. Il s'agit ici d'un champ
thermique. C'est exactement la même chose Pour comprendre la notion de
champ, prenons l'exemple d'un feu de camp. pas. En s'éloignant
progressivement du feu, on perçoit de moins en moins la
Qu'est-ce qu'un champ?
pour les champs électriques et magnétiques :
l'intensité du champ est grande à proximité de la source
et diminue rapidement lorsqu'on s'en écarte.
Comment définir le champ électrique et
l'induction magnétique? trique par la prise, il y a uniquement un champ
électrique. On peut comparer le champ électrique à la
pression présente dans un tuyau d'arrosage lorsqu'il est raccordé
au système de distribution et que le robinet est fermé. Le champ
Champ électrique
présence de charges électriques et se mesure en
Volts par mètre (V/m). Plus la tension d'alimentation d'un appareil est
grande, plus le champ électrique électrique est lié
à la tension dont l'unité est le Volt. Il est
généré par la qui en résulte est intense.
Lorsqu'une lampe de chevet est branchée
c'est-à-dire reliée au réseau élec-
magnétique. L'induction magnétique est
lié au passage du courant (c'est-àInduction magnétique
câble d'alimentation, il existe à la fois un
champ électrique et une induction du tuyau d'arrosage, l'induction
magnétique correspondrait au passage de de l'ordre du microtesla (iT)
soit un millionième de Tesla. Une autre unité Toutefois les
inductions magnétiques que nous mesurons habituellement sont l'eau
à travers le tuyau. L'unité de l'induction magnétique est
le Tesla (T). dire le mouvement des électrons) à travers le fil
électrique. Dans l'exemple
Lorsque la lampe est allumée, c'est-à-dire
lorsque le courant passe dans le
parfoisutiliséeestleGauss(G).UnGausséquivautà100microteslas.On
parle volontiers de champ magnétique en lieu et place d'induction
magnétique mesures en Tesla (ou de Gauss, ancienne mesure avec comme
conversion en Tesla) et le champ magnétique (H en
ampère/mètre) est la perméabilité (i (ou de flux de
densité magnétique), c'est pourquoi l'on retrouve souvent des
10-4T =
parle de champ magnétique (H). Le rapport entre
l'induction magnétique (B en henry/mètre - une constante
universelle qui vaut 1.2566610-6H/m dans la plupart des
matériaux tels que air, vide, gaz, cuivre, terre, etc.).
1G), unité de mesure de l'induction magnétique
(B), lorsque l'on
1.2 Notion de tension
triqueàcomme étant un état
électrique correspondant à la différence entre un
excès d'électrons. Ces deux bornes se trouvent dans deux
états électriques différents. Pour caractériser
cette différence d'état, on définit la tension
élecLa borne positive correspond à un défaut
d'électrons et la borne négative à
Une pile possède deux bornes : une borne positive et
une borne négative. deux potentiels : le potentiel du pôle positif
est noté V pet le potentiel du pôle négatif est
noté Vnalors on peut dire que la tension électrique
est une différence de potentiel.
La différence de potentiel entre P et N est noté
:Vpn
FIG. 1.1 La différence de potentiel
16 = Vp - Vn. Il faut
mais la différence de potentiel.
d'électron. Ce n'est pas la valeur du potentiel en un
point qui est important nécessairement une différence de
potentiel pour qu'il y ait une circulation
1.3 Définitions : volts, ampère, watt et ohm 1.3.1
Le courant
le corps positif, de façon à rétablir un
équilibre. La circulation des électrons correspond au nombre
d'électrons qui traversent ce point en une seconde. est appelée
courant. Mesurée en un point du circuit, l'intensité du courant
par un conducteur métallique, des électrons se déplacent
du corps négatif vers
Lorsque deux corps de charges électriques égales
et opposées sont reliés
référence au physicien français
André-Marie Ampère.
On exprime ainsi l'intensité en ampères (de
symbole A), unité nommée en
1.3.2 La tension
entre ces deux points. Elle s'exprime en volts (V), en
référence au chercheur
La tension décrit la différence de potentiel
électrostatique entre deux valeur positive en volts, au dessus du
potentiel de la Terre, et inversement. nul. Aussi le potentiel d'un corps
chargé positivement est caractérisé par une points et est
associée à l'énergie qu'il faut à un
électron pour se déplacer Pour illustrer ceci, on peut imaginer
une chute d'eau. L'intensité pourrait italien Alessandro Volta. Par
convention le potentiel électrique de la Terre est dire tension pas
voltage.
être assimilée au débit de l'eau alors que la
tension serait représentée par la différence d'altitude
entre le haut et la bas de la chute.
Attention : il faut dire intensité surtout pas
ampérage , il faut
1.3.3 La résistance
traversé par un courant de 1 A (ampère) et soumis
à une tension de 1 V
lemand George Ohm. Elle est définie comme
la résistance dans un circuit
L'unité de la résistance est l'ohm (symbole ), du
nom du physicien al-
par l'intensité : U R x I (la loi d'ohm ).
La tension aux bornes d'une résistance est égale
au produit de sa résistance Ohm (Ù) est traversé par un
courant de 1 Ampère et la puissance thermique dégagée par
la résistance est de 1 W (Watt).
(volt). Une différence de potentiel de 1 Volt
reliée par une résistance de 1
Kilowatt ou kilowattheure
1.4 Les notions de puissance et d'énergie: 18
1.4 Les notions de puissance et d'énergie: Kilowatt ou
kilowattheure
tation). La puissance correspond à une énergie
produite (ou consommée) vous allez dépenser en faisant un
jogging. Plus vous courrez vite, plus vous moyenne multipliée par le
temps. Par exemple, vous allez acquérir de l'énerpendant une
durée de temps donné. L'énergie correspond à une
puissance gie en mangeant un repas (énergie s'exprimant en joules ou en
calories) que
Attention ne pas confondre Puissance et Énergie (ni
vitesse et précipivous permettra de faire votre footing!), qu'elle
exprime en kilowattheure. augmentez la puissance consommée.
L'énergie totale de votre footing sera proportionnelle à la
puissance moyenne et à la durée du footing. La SENEUn
kilowattheure correspond bien à un kilowatt (1000 watts)
multiplié par heure), soit 3.600.000 joules. La puissance est
égale au produit de la tension LEC vous facture bien une énergie
(tout comme vous allez payer le repas qui une heure, (à ne pas confondre
aukm/h qui est un kilomètre divisé par une par l'intensité
P U x I.
1.5 Le courant alternatif
change de sens aussi souvent que le conducteur lui-même
change physiqueticulier, un courant alternatif peut voir sa tension
ajustée par un appareil ment de sens. Plusieurs types de
générateurs électriques fonctionnent en utilisant ce
principe pour fournir un courant oscillant, appelé courant alternatif
d'énergie électrique, tant pour les usages domestiques
qu'industriels. En par(AC). Le courant alternatif est
préféré au courant continu comme source
lorsqu'un conducteur est déplacé dans un champ
magnétique, le courant tions du champ magnétique y induisent un
courant alternatif secondaire. Or, conductrice est placée dans le champ
magnétique de la première, les varia- lorsqu'un courant
alternatif passe dans une bobine, l'intensité du champ magnétique
généré est amenée à varier continuellement.
Si une seconde bobine d'une grande simplicité : le transformateur. Son
principe est le suivant: induite y est plus importante, car le champ agit sur
un plus grand nombre de boucles conductrices. La propriété du
courant alternatif à voir sa tension si cette seconde bobine comporte
plus de boucles que la première, la tension l'électricité
utilisée dans les maisons et dans l'industrie.
La tension continue a été définie plus
haut. Mais que veut dire 230 V alter- ajustée par les transformateurs
est la principale raison de son choix pour Au Sénégal , la
fréquence est de 50 Hz (Hertz).
Que veut dire 230 V alternatif?
natif sachant que la tension varie constamment?
sur du 230 V alternatif efficace dégagera la même
puissance en chaleur que si elle était branchée sur du 230 V
continu.
Il s'agit d'une tension dite efficace. Par définition,
une résistance branchée miner la valeur de la moyenne du
carré de la tension sinusoïdale. On démontre que cette
valeur moyenne correspond au carré de 230 V pour une tension variant
entre 325 V. (230 multiplié par racine de 2).
Comme la puissance est proportionnelle au carré de la
tension , il faut déterUne tension alternative de 230 V 50 Hz varie 50
fois par seconde entre? 325 V et H- 325 V!
1.6 Les tensions : triphasées et monophasées
(phase (s), neutre)
est proche de celui de la terre, soit 0 V) et la phase dont le
potentiel varie
conducteurs arrivent à votre compteur
électrique : le neutre (dont le potentiel
Presque tous les particuliers sont alimentés en 230 V
monophasé. Deux voit une flèche tournante et la forme
sinusoïdale associée en triphasé, il y a pour le neutre soit
bleue. Les fils de phases peuvent avoir n'importe quelle entre -325 et H-325
volts. La norme impose que la couleur des fils utilisés 3 flèches
tour décalées de 1/3 de tour : ce qui peut-être
représenté comme le courant est produit en triphasé. Si
l'on se réfère au figure ci-dessus où l'on couleur (hormis
le bleu, et le vert/jaune). En réalité, au niveau des centrales,
suit:
FIG. 1.2 Tension triphasée
au point commun entre les 3 bobines du secondaire.
niveau du transformateur qui va abaisser la tension , le neutre
est connecté
C'estpourquoi,leslignesélectriqueshautetensiononttoujours3fils.Au
FIG. 1.3 Tension triphasée :Haute tension & tension
220V avec terre
teur d'électricité ( SENELEC ) répartit
la connexion des habitations entre
sans doute pas branchés sur la
même phase. Cela n'a aucune importance sauf
ces phases. Si vous
êtes en monophasé tout comme votre voisin, vous n'êtes
si
vous vouliez dîner chez lui en laissant dormir votre nouveau-né et
que vous
Pour que la consommation soit équilibrée entre
les 3 phases, le distribudisposez d'émetteur-récepteur pour
Bébés qui se branchent sur le secteur car le signal transite par
le secteur.
1.7 Transfert et transformation d'énergie dans un circuit
électrique
aux électrons constituant le courant, et en
énergie calorifique (échauffement Dans le cas de la dynamo, de
l'énergie mécanique est fournie par un opérateur donc un
travail.
Le générateur propulse les électrons du
pôle H- vers le pôle -. Il effectue des fils de la dynamo pertes
faibles). L'énergie mécanique transformée en rement
inférieure à l'énergie mécanique fournie par
l'opérateur pour tourner énergie électrique est
égale au travail effectué par la dynamo. Elle est
légè(qui tourne la manivelle) et est transformée en
énergie électrique transférée
transformée par seconde.
transforme en énergie mécanique (et en
énergie calorifique pertes faibles). La puissance est le travail
effectué par seconde, donc l'énergie transférée ou
la manivelle (frottements inévitables!).
L'énergie électrique reçue par les
électrons est cédée au moteur qui la
W
P =t
La puissance électrique de la dynamo est l'énergie
mécanique transformée en
seconde.
énergie électrique par seconde. La puissance
électrique du moteur est l'énergie électrique
transformée en énergie mécanique et en énergie
calorifique par 1.8 La puissance électrique
cas : l'intensité à travers la dynamo est la
même!
Le nombre d'électrons propulsés par seconde est le
même dans les deux
~Pour qu'un courant traverse la lampe un très grand
nombre d'électrons pulsé avec une certaine force ce qui
équivaut à une certaine tension de doit être
propulsé : la dynamo doit travailler : elle a une certaine puis- la
dynamo.
Pour qu'un électron soit propulsé à travers
une lampe il doit être pro-
sance!
~Pour que le même courant traverse les deux lampes la
dynamo doit travailler deux fois plus (par seconde).
à une tension double.
doit être propulsé avec une force deux fois plus
grande ce qui équivaut Pour qu'un électron soit propulsé
à travers les deux lampes en série il
namo sont proportionnelles. (1) P
La force de propulsion d'un électron est la même
dans les deux cas : la tension de la dynamo est la même!
Conclusion : Pour une même intensité, la puissance
et la tension de la dy-
namo sont proportionnelles. (2) P ~ J
Conclusion : Pour une même tension, la puissance et
l'intensité de la dy-
~ U.
volt Si P 1 Wet I 1 Aalors U 1V.
Définition : Il existe une tension de 1 V aux bornes d'une
dynamo si elle 1.8.1 Relation entre puissance tension et intensité
fournit une énergie électrique de 1 J en 1 seconde
à un courant de 1 A ( 6,25 Les physiciens ont choisi la valeur 1 pour
cette constante ce qui définit l'unité
(1) et (2) implique que P ~UI et donc que P/UI constante
ù10 18 électrons par seconde). Relation entre
puissance , tension et intensité: P=U*I
1.8.2 Généralisation
La formule vaut pour tout appareil électrique.
P=U*I
fermé est nulle bien que l'intensité de courant
ne soit pas nulle. D'après la rie est égale à la somme des
tensions aux bornes de chacun des La tension aux bornes d'un ensemble de
plusieurs éléments en sépas d'énergie
électrique en une autre forme d'énergie (les électrons
traversent éléments.
La tension aux bornes d'un simple fil de connexion ou d'un
interrupteur
le fil sans que leur énergie ne varie).
puissance électrique d'un fil de connexion est donc
nulle : le fil ne transforme
P=U*I
aux bornes de chaque appareil.
prise de courant dont la tension est de 220 V?
La tension aux bornes de plusieurs éléments en
série est la somme des tensions
* Finalement : UG'en'erateur = ULampe + UAmp`erem`etre
Réponse : elle est égale à 220 V
Question : Quelle est la tension aux bornes d'une lampe
connectée à une
une tension de 220 V aux bornes de tous les appareils!
Exemple : Tous les appareils domestiques sont branchés en
parallèle : il règne 1.8.3 Tension aux bornes
d'éléments places en parallèle La tension aux bornes
d'éléments en parallèle est la même!
1.8.4 Classification des réseaux électrique et les
tensions normalisées
nomenclature ci-dessous:
En fonction de sa valeur efficace , une tension peut être
classée selon la
|
Nom
Haute Tension B
|
Abréviation HTB
|
Valeur en courant continu > 75 kV
|
Valeur en courant alternatif > 50 kV
|
|
Haute Tension A Basse Tension
|
HTA BT
|
1500 V < HTA < 75 kV 120 V < BT < 1500 V
|
1000 V < HTA < 50 kV 50 V < BT < 1000 V
|
|
Très Basse Tension
|
TBT
|
< 120 V
|
< 50 V
|
|
|
|
|
|
|
|
|
TAB. 1.1 Nomenclature en fonction de la tension efficace
|
Classe
|
Tension nominale du réseau 3fils
4fils
|
|
Basse tension ( BT )
|
120/240 (monophasé)
|
|
|
Moyenne tension ( MT )
|
480 600 2400
4800
|
120/203
277/480
347/600
|
|
Haute tension (HT )
|
4100
6900
13800 23000 34500 46000 69000
138000
161000
|
7200/12470 7620/13200 7970/13800 14400/24940 19920/34500
|
|
Très haute tension ( THT )
|
115000
230000 345000 500000 735000
|
|
|
765000
|
|
TAB. 1.2 Tensions normalisées des réseaux
électriques en courant alternatif
tricité sont passées d'un peu moins d'un
milliard de kilowattheures (kWh) à plus de 11,5 milliards de kWh. La
répartition des modes de production Sources d'énergies
électriques
1.8.5 Aspects techniques et pratiques de la tension
de l'énergie électrique a également
évolué : en 1950, près des deux tiers de
Entre 1950 et 1990, la production et la consommation mondiales
d'électrales hydrauliques en produisaient 2% et l'énergie
nucléaire environ 15%. l'électricité étaient issus
de sources thermiques classiques (pétrole, gaz, char-
bon)
Depuis, la croissance de l'énergie nucléaire a
ralenti dans certains pays pour des raisons de problèmes de
sécurité et de traitement des déchets, notamment et un
tiers, de sources hydroélectriques; en 1990, les sources thermiques
étaient toujours à l'origine des deux tiers de
l'électricité mondiale, les cenaux États-Unis, où
elle fournissait environ 20% de l'énergie électrique.
turbo-alternateur à eau ou à vapeur, qui actionne un
générateur. La plus
grande partie de l'électricité mondiale est
produite dans des usines thermiques alimentées au charbon, au fioul,
à l'énergie nucléaire ou au gaz et, Centrales
électriques
interne, ou dans des usines hydroélectriques.
en de plus petites proportions, au diesel et autres installations
à combustion
L'électricité est produite dans les centrales
électriques au moyen d'un Elles sont équipées d'un
générateur de vapeur, d'une turbine et d'un condenseur. Les
différentes sources d'énergie peuvent être classées
selon leur capacité Par exemple, 1àkg de pétrole produit
10000 kilocalories (kcal), alors que la calorifique : c'est pourquoi on les
convertit en tonnes équivalent pétrole (tep). produisent de
l'électricité par la combustion du charbon, du fioul ou du gaz.
de comparer les sources d'énergie au pétrole brut. Par
convention, 1 tonne
Les centrales thermiques classiques, appelées aussi
centrales à flamme, environ 8000 kcal. La tonne équivalent
pétrole (tep) est l'unité permettant de pétrole correspond
à 1,5 tonne de charbon ou à 1000 m3 de gaz naturel.
même masse de charbon cède 7000 kcal et que 1 kg de gaz naturel
fournit
= 4500kW
On estime que 1tep
1. Centrales hydrauliques (pression de l 'eau avec des turbines)
En effet il existe trois (3) types de centrale qui sont:
- Les moyennes chute 30m<H<200m;
Elles sont classées en trois (3) catégories:
Les basses chute H<30m.
Les hautes chutes H>200m;
h.
2. Centrales thermiques à flamme
en brûlant du combustible tel que le charbon, le gaz ou le
fuel.
Elle produit l'énergie électrique à partir
de l'énergie calorifique obtenue
3. Centrales thermiques nucléaires
Son schéma de fonctionnement est constitué par:
Un générateur de vapeur;
teur on à de l'uranium 235 qui est le siège d'une
réaction nucléaire qui Un alternateur.
teur. Cette production de chaleur est réalisée
par fission nucléaire de Dans une centrale nucléaire on a
remplacé les brûleurs de combustibles produit une grande
quantité de chaleur, grâce à un fluide dit caloporsoit avec
du charbon ou du fuel par un réacteur. A l'intérieur du
réac-
Une turbine;
l'uranium 235.
Tensions
trale 1, les lignes à haute tension, les centrales
auxiliaires, dans lesquelles on appropriée. Ce réseau
électrique comporte six éléments principaux : la cenbasse
tension. Ainsi, chaque phase du réseau peut fonctionner à la
tension lisé en général dans les réseaux
électriques modernes, en haute, moyenne ou
Des transformateurs changent la tension du courant alternatif
(CA), utiabaisse la tension pour le transport moyenne tension, les lignes de
transport utilisé par le matériel du consommateur.
Dans un réseau type, les générateurs de
la centrale fournissent des tensions moyenne tension et les transformateurs,
qui diminuent la tension au niveau haitables en raison des difficultés
d'isolation et des dangers provoqués par pouvant atteindre 26000 volts
(V). Des tensions supérieures ne sont pas sou- 566 MVA.
Au Sénégal, le parc de la production à
une puissance totale installée de de transformateurs pour les lignes de
haute et de très haute tension (la très d'éventuelles
coupures d'électricité. Cette tension est augmentée au
moyen la centrale auxiliaire, la tension est abaissée pour un transfert
ultérieur sur le réseau de transport moyenne tension (20 kV). La
tension est abaissée par haute tension est à 225 et 400 kV; la
haute tension est à 45, 63 et 90kV). A sion permet la conversion
économique de courant alternatif (CA) haute tendes transformateurs
à n'importe quel niveau de distribution.
Le développement moderne des redresseurs semi-conducteurs
haute ten-
sur lignes à haute tension
'ensemble de transformateurs qui augmentent la tension
électrique pour le transport
sous forme alternative juste avant la distribution aux
utilisateurs.
sion, produit au niveau des centrales, en courant continu (CC)
haute tension, forme sous laquelle l'électricité est
transportée. Cela évite des pertes de transmission capacitatives
et inductives. Le courant est ensuite reconverti
tous les calculs et raisonnements sont plus compliqués
qu'en continu car il Définition du facteur de puissance
watts) et la puissance apparente S (en voltampères). Il
varie entre O et 1 et y a une multitude de facteurs et de nouvelles puissances
qui apparaissent. FP est un terme qui décrit les caractéristiques
des signaux en entrée d'un appareil électrique utilisant du
courant alternatif. Il faut savoir qu'en alternatif,
Pourallégerlesnotations,onnoteraFPpourFacteurdePuissance.Le
n'a pas d'unité:
Globalement, le FP est défini par le rapport entre la
puissance active P (en
P uissance active
F P = Puissance apparente
faisant U*I*cos(?) en régime sinusoïdal, U
étant la tension, I étant le courant
travail utile suivant la
fonction de l'appareil électrique. Elle se calcule en
La puissance active P est la puissance utile : c'est celle qui
produit un watts et c'est ce qu'on paye en tant que particulier grâce au
compteur de la Voltampères (VA), attention ce ne sont pas des watts!
Comme son nom le maison.
(tous les 2 en valeurs efficaces) et ? est le déphasage
entre tension et courant. travail si le FP ne vaut pas 1. Dans ce cas, il y a
apparition de ce que l'on réseau. Elle se calcule en faisant U*I en
valeurs efficaces et s'exprime en C'est celle que l'on consomme
réellement, ce qu'un wattmètre mesure en laisse supposer, elle
n'est qu'apparente car c'est ce que semble consommer
fois)tème et elle s'exprime en Voltampères
réactifs (VAR). Elle se calcule en faisait . D dans le cas de signaux
déformés non sinusoïdaux (à cause des encore une
appelle la puissance réactiveQà laquelle s'ajoutera
une puissance déformante l'appareil vu de l'extérieur. Or, une
partie de celle-ci sera non productrice de
La puissance apparente S est celle qui est appelée par
l'appareil sur le
exemple. Elle fait transiter un courant supplémentaire
bien réel dont il faut
Cette puissance réactive Q n'est en moyenne pas
consommée par le sys-
U * I *
tenir compte dans le dimensionnement des installations
électriques. Il en va de même pour la puissance déformante.
Toutes ces puissances sont finalement reliées par cette
égalité:
sin(?) en régime sinusoïdal. Elle sert à
magnétiser des bobinages par
S2 = P 2 + Q2 + D2
utilisera réellement que 8 pour produire un travail
utile. Le reste sera renvoyé
au réseau car le courant est
réel et c'est ce qui surcharge ce réseau (H- pertes
accrues
dans les câbles). C'est pour cela qu'on n'utilise pas la simple
formule
Un système peut très bien appeler 10 A sur le
réseau, alors qu'il n'en
P = U *
consommera que 250 W si son FP vaut 0.5, et non pas 500 W.
La formule est fausse et surévalue la consommation
réelle dans des systèmes
au final. Un appareil qui absorbe une
puissance apparente de 500 VA ne
à courant alternatif. Ces
systèmes ne sont plus simplement résistifs, mais
I en alternatif car la puissance n'est pas forcément
consommée. facteur de puissance minimum car s'il est trop faible, le
courant appelé est également capacitifs (condensateur) ou
inductifs (bobinage), donc complexes fournir une puissance active (utile). Si
elle autorisait les petits facteurs de parente en VA, pas pour une puissance
active en watts! Si on génère beau- électriques. En effet,
ses transformateurs sont définis pour une puissante apbien plus grand
que nécessaire et on diminue la capacité de ses installations
Par exemple, le fournisseur d'électricité impose
à ses clients d'avoir un les pertes augmenteraient aussi, ce qui n'est
pas envisageable vu leur valeurs puissance,la SENELEC devrait surdimensionner
tout son réseau, ce qui est coup de puissance réactive, on
diminue la capacité des transformateurs à bien sûr hors de
question pour des raisons évidentes de coût. Sans parler que
moins, si la SENELEC a besoin de renforcer son réseau, c'est votre
argent actuelles.
qui va servir à cela indirectement car le coût de
l'électricité aura sûrement
ne changera pas sa facture
puisqu'il ne paye pas la puissance réactive.
Néan-
grimpé... Avec un grand FP, on utilise mieux le
réseau et on fait plaisir en
Pour un particulier, avoir un facteur de puissance proche de 1,
ou non,
même temps à la SENELEC en consommant mieux, pas
moins.
jeu, contrairement aux particuliers.
tenterdeneutraliserledéphasagegénéréparlesmachinesdeproduction.Il
y a des pénalités pour ceux qui tirent trop de puissance
réactive car les cou-
sont obligés de relever leur facteur de puissance global.
Ils peuvent le faire chines avec de gros moteurs développant beaucoup de
puissance réactive,
C'est pour ça aussi que les industriels par exemple,
qui utilisent des ma- facturés sur les 2 puissances à la fois
(active et réactive) vu les puissances en rants deviennent
élevés et le réseau s'en trouve surchargé. Ils sont
d'ailleurs grâce à des batteries de condensateurs montés
sur l'arrivée du courant pour Si vous disposez d'un onduleur, vous aurez
remarqué qu'il est aussi défini
Prenons un autre exemple qui fera assez bien comprendre le
phénomène.
min avec l'ordinateur allumé (150 W) qui comporte une
alimentation avec un FP égal à 1 (FPC actif). Maintenant, vous
changez juste l'alimentation pour tenir une certaine puissance apparente en VA.
On oublie l'écran pour à 0.6 (sans FPC). Cette configuration vous
permettra de tenir seulement 6 l'exemple et l'on suppose, lors d'une coupure de
courant, que vous teniez 10 minutes alors que votre ordinateur consomme
exactement la même puissance pour en mettre une d'exactement même
rendement, mais avec un FP égal de puissance réactive et
déformante à cause du petit FP, donc un courant utile qu'avant. A
cause des harmoniques et du déphasage, il y a eu apparition
réactive Q générée par le déphasage et la
puissance déformante D générée plus
élevé est tiré de l'onduleur, ce qui décharge plus
vite la batterie pour rien.
par les harmoniques afin d'avoir puissance apparente puissance
active.
Ce que l'on souhaite avec un FPC, c'est donc d'annihiler la
puissance très exceptionnel où FP cos(?), c'est quand la tension
et le courant tirés le cos(?) et le facteur de puissance, ça
n'est pas la même chose. Le seul cas On limite alors le transport du
courant au strict minimum et on maximise du réseau sont purement
sinusoïdaux, autrement dit jamais (il y a toujours l'efficacité du
transport d'énergie.
déformation, même minime). Voici les
différences avec les 4 cas possibles: Il faut faire attention car il y a
souvent confusion entre ce que l'on appelle
FIG. 1.4 Cas de différence de phase possible
cas 1 : c'est celui vers lequel on veut tendre avec un FPC. C'est
celui qu'on
cas 2 : c'est celui obtenu quand la charge est purement
inductive, elle ne tension).
obtient si l'on branche une résistance pure sur le
réseau, elle n'engendre
déforme pas le courant, mais elle le
retarde de 90?. Dans le cas d'une
aucune déformation ni
déphasage (avance ou retard du courant sur la
cas 3 : c'est un cas rare où le courant est très
déformé, mais il reste en phase avec la tension. On a donc
cos(?)=1 car les 2 fondamentaux charge purement capacitive, le courant sera
aussi non déformé, mais en avance sur la tension cette fois de
90?.
sont en phase, mais FP est inférieur à 1 à
cause de la déformation du courant.
cas 4 : c'est le mélange des cas 2 et 3 (non
représenté). Le courant est à la
Le cos(?), aussi appelé facteur de déplacement,
représente le décalage tension. C'est ce qu'on obtient avec une
alimentation sans FPC et plus fois déformé et
déphasé, dans un sens ou dans l'autre, par rapport à la
globalement avec un système réel (non linéaire).
(-90? < ?
facteur de puissance. Ce FP englobe à la fois le
déphasage et un facteur de 90?) entre le courant et la
tension lorsque les 2 sont purement <
jamais avec des signaux parfaits. Pour être plus global,
il faut alors parler de ignore les harmoniques, il est donc peu
intéressant vu que l'on ne travaille sinusoïdaux. Le cos(?) ne se
base que sur les fréquences fondamentales et distorsion
supplémentaire créé par les harmoniques. Il est donc un
peu plus rigoureux car il marche pour tous les types de signaux. On peut le
définir de la manière suivante:
FP=Kd*Kè
fondamental du courant et la tension et il varie aussi entre 0
et 1. Le but est le taux de distorsion harmonique global (THD) qui
définit globalement la déformation d'un signal sinusoïdal.
Kè est le facteur de déphasage entre le de maximiser les 2
à la fois pour tendre vers FP 1. Comme les harmoniques
Kd est le facteur de distorsion, il varie entre 0 et 1. Il se
calcule avec
limites à respecter sur leurs niveaux.
sont directement rattachées au facteur de puissance, la
norme a imposé des
Matériel de transport
1. Installation
général de câbles de cuivre, d'aluminium ou
d'acier enrobé de cuivre ou
d'aluminium, suspendus à des
pylônes, hautes tours à structure d'acier,
des trois
câbles en alliage d'aluminium correspondant chacun à
chacune
par des chaînes d'isolateurs en porcelaine. On appelle circuit
l'ensemble
Les lignes des réseaux de transport haute tension se
composent en
des phases du courant alternatif triphasé. A ceux-ci, on
ajoute deux
paratonnerre. L'emploi de câbles d'acier enrobés et
de pylônes permet
"câbles de garde", placés au-dessus du
circuit, et qui font office de
d'augmenter la distance entre les points d'appui et de
réduire ainsi le sont suspendues à de hauts poteaux en bois ou en
béton, moins es- cuits droits, les lignes haute tension peuvent
comporter moins de quatre pylônes par kilomètre. Dans quelques
régions, les lignes haute tension coût de la ligne de
transport.
Dans des installations modernes, composées
essentiellement de cirtribution s'effectue par câbles souterrains.
Certains câbles ont un noyau pylônes. Dans les villes et dans
d'autres secteurs où les lignes aériennes présentent un
risque, ainsi que pour préserver l'environnement, la dispacés.
Pour des lignes de transport moyenne tension et les réseaux de
distribution basse tension, on peut utiliser des poteaux à la place
des
2. Protection du matériel
tection temporaire contre l'humidité. Les tubes, dans
lesquels plusieurs creux dans lequel circule de l'huile à basse
pression, qui offre une pro- câbles sont enfermés et
entourés d'huile sous haute pression d'environ transformateurs et des
lignes de transport elles-mêmes. Le réseau se tité de
matériel supplémentaire pour la protection des
générateurs, des 15 atm (1,5 MPa), sont souvent utilisés
pour le transport de courant à une tension pouvant atteindre 345 kV.
compose souvent d'appareils destinés à
réguler la tension fournie aux consommateurs et à corriger le
facteur de puissance du réseau.
Tout réseau de distribution électrique englobe
une grande quantions susceptibles de provoquer une élévation
soudaine de l'intensité clenchant automatiquement en cas de
court-circuit ou dans des condicommutation normales. Ces coupe-circuit sont des
disjoncteurs se dé- d'éventuels courts-circuits et surcharges et
servent à des opérations de
Des coupe-circuit protègent tous les
éléments d'un réseau électrique
trique comme l'huile, afin de refroidir cet arc.
du courant. Lorsqu'un arc se forme entre les bornes du
disjoncteur au
ligne de transport haute tension) sont immergés dans
un liquide diélec-
moment où le courant est coupé,
certains disjoncteurs plus importants
dans les disjoncteurs à huile,
on utilise des champs magnétiques afin
(comme ceux utilisés
pour protéger un générateur ou une section
de
Autrefois, on utilisait pour cela des fusibles. Le fusible se compose
d'une
d'interrompre l'arc. De petits disjoncteurs à air sont
utilisés pour proté-
ger les boutiques, les usines et les
installations domestiques modernes.
Dans les disjoncteurs à air de
grande taille, de la même façon que
cuit, il fond lorsque
l'intensité du courant excède une certaine valeur
pièce
d'alliage dont le point de fusion est très bas. Inséré
dans le cir-
(correspondant à la température de fusion de
l'alliage), ouvrant ainsi
3. Pannes de secteur
le circuit.
trique sont branchées sur des réseaux
maillés, qui permettent à l'élec-
tricité
produite dans un secteur d'être reliée aux différents
utilisateurs.
gions du monde, les alimentations nationales ou locales en
courant élec-
importantes. Pour se protéger des pannes de Dans
la plupart des ré-
200000km2. On emploie le terme de
black-out pour les pannes les plus
La panne de secteur a touché
finalement une zone de plus de
crue, d'une utilisation de
générateurs plus gros et plus efficaces et d'une
portent des
éléments actionnés par différents opérateurs
et offrent une
compensation par interconnexion en cas de pannes locales de
secteur.
Chaque membre du groupement bénéficie d'une
capacité de réserve ac-
le 9ànovembre 1965, dans l'est
de l'Amérique du Nord, lorsqu'un dis-
Par exemple, une panne
importante s'est produite sur le réseau maillé
économie
importante, mais augmentent le risque d'une panne étendue.
Ces
réseaux interconnectés sont complexes et importants. Ils com-
ment.Etats-Unis et les disjoncteurs du
générateur ont disjoncté automatiquementation subite de
courant a été transmise à travers le nord-est des positif
directeur automatique qui régulait et gérait le débit du
courant s'est arrêté en Ontario, mettant le disjoncteur hors
circuit. Une augles hôpitaux, les édifices publics et d'autres
installations dépendant de et ont surchargé les installations,
qui se sont automatiquement courant, l'électricité
possèdent des générateurs de secours.
Les installations situées plus au sud ont
immédiatement compensé
Influence de la température
1. Comment doit être définie l'alimentation
ture devient un problème. Dans ce cas, on pourra
même ventiler moins des contacts, des radiateurs et de la
température de l'air qu'on aspire (air dans la tour vers
25-40?C suivant la machine et l'ambiant). Plus l'alimentation a un
rendement global élevé, moins la tempéra-
Leur rendement, de l'importance de la ventilation, de la
qualité vie et ses performances diminueront (condensateurs
électrolytiques qui vieillissent plus vite par exemple).
vie des composants. Plus l'alimentation sera chaude, plus sa
durée de
pour garder une température acceptable sans avoir des
nuisances so-
nores élevées. La température a aussi une
incidence sur la durée de
définie en fonction de la
température de l'air pour son refroidisse-
La capacité d'une
alimentation à fournir de la puissance doit être
ment. C'est une donnée quasiment toujours absente des
spécifications tations soient capables de tenir leur puissance maximale
annoncée (à à fournir une puissance donnée, pas de
rendement.
constructeur pour la simple raison qu'elle permet de tricher
facilement sur ses capacités réelles. Attention, on parle pour
l'instant de capacité d'entre elles ne tiennent pas compte de cela et se
mettront en sécurité pleine charge) entre 10 et
50°C ambiant. Bien évidemment, beaucoup avant ou verront
simplement leur capacité diminuer fortement.
Les spécifications de la norme ATX 2.2 demandent que
les alimenest dangereux d'aller, en général vers
70°C. Cette température permet c'est trop peu par
rapport à la réalité. Ce qui n'apparaît quasiment
jamais c'est la température maximale où la capacité
devient nulle ou qu'il maximale donnée entre 0 et 25°C,
ce qui n'a pas trop de sens puisque
Les alimentations sont généralement
définies pour une puissance tation haut de gamme PC Power Cooling et
d'une alimentation bas de degré Celsius en plus au dessus de
25°C. Voici l'exemple d'une alimendisponible totale avec par
exemple une perte de 10 W pour chaque la température. Plus l'air devient
chaud, plus on perd en puissance de tracer l'évolution de la
capacité d'une alimentation en fonction de gamme:
FIG. 1.5Comparaison alimentation haut de gamme et bas de gamme
et l'on atteint 0 W disponibles à
70-80°C. Dans cet exemple et en supposant que l'air de la tour
soit à 40°C, votre alimentation 500 W bas 500 W à
25°C, mais sa capacité diminue très vite avec la
température
Dans le bas de gamme, on vous promettra qu'elle tient (peut
être)
tra des turbines en guise de ventilation pour forcer le
refroidissement rien fait encore! On peut aussi supposer que le fabricant sait
très bien qu'elle ne tiendra pas ses spécifications en situation
réelle et il met- de gamme ne permettra déjà plus que 350
W maximum alors qu'on a faire tourner un ventilateur en 12V que d'acheter des
composants de meilleure qualité.
et tiendra ses spécifications avec, par exemple, 500 W
à 50?C avant et améliorer son comportement. En effet,
cela revient moins chère de de décliner sous ce qui est
annoncé. Normalement, on n'atteint jamais la limite haute... Cette bonne
alimentation achetée pour 500 W sera donc réellement une 500 W en
situation réelle, et non pas une 500 W
A l'inverse, une alimentation haut de gamme sera
surdimensionnée
s'effondrant à 350 W dès qu'il fait un peu
chaud.
lui permet de monter moins haut en température, donc de
réduire
la
sontquasimentidentiques,maisla500Wpossèdeunventilateur.Ça
On peut prendre l'exemple des Antec Phantom 350 et 500 W qui
fiable.
tains rapports sur des tests fabricants pour des alimentations
passives qu'en rajoutant un ventilateur sur la 350 W et en relaxant les
sécurités perte de puissance par degré et au final
d'afficher 150 W de plus alors que les composants n'ont pas vraiment
changé. Il est à peu près certain montrent
également ce phénomène qui veut qu'en ventilant un peu, de
surcharges, elle doit pouvoir tenir plus de puissance aisément. Ceron
augmente nettement la capacité disponible en courant de manière
c'est encore bien loin de la perfection donc la dissipation
élevée fait nir une grosse puissance sans faiblir. Même si
le rendement est de 80%,
C'est d'ailleurs toute la difficulté des alimentations
passives de four-
2. Raisons de la perte de capacité:
W sur l'alimentation, c'est plus normatif qu'autre chose
disons.
ser de ventilation. Néanmoins, ça ne pose pas
réellement de problème nettement grimper la température et
on perd en capacité. Quand on
car on n'est jamais tout le temps à pleine charge en train
de tirer 300 atteindra 95% de rendement en charge typique, là on pourra
bien se pas-
Cette perte de capacité est liée au fait
qu'à partir d'une certaine tem-
température (la résistance série
équivalente augmente) et leur capacité pérature, certains
composants voient leurs caractéristiques électriques ment
responsables du courant maximum possible sur chaque ligne. Les
décliner. C'est notamment le cas des diodes Schottky qui
sont directe-
à laisser passer du courant aussi.
MOSFETs voient aussi leurs pertes par conduction augmenter avec
la
entre une barrière Schottky issue d'une Seasonic S12 et
d'une LC Power 550 W:
Ci-dessous, on montre ce phénomène d'après
les données des fabricants
issue d'une Seasonic S12 et d'une LC Power 550 W
FIG. 1.6 Comparaison d'après les données
fabricants entre une barrière Schottky c'est 15 A par diode et il y en a
2 dans une barrière) jusqu'à ce que sa température
atteigne 125?C (déjà bien haut), après quoi
elle com-
Pour la Seasonic S12, la barrière peut tenir 30 A (sur
le schéma ture de jonction de 60?C est déjà une
température quasiment atteinte téristiques, son rendement n'est
pas terrible et elle va chauffer plus que atteigne seulement 60?C,
après quoi elle s'effondre! Vu ses autres caracmence à faiblir
pour ne plus fonctionner à 150?C. Pour la barrière sur
celle de la Seasonic, donc accélérer sa perte de capacité.
Une tempéra- la LC Power, elle ne tient que 16 A (là c'est pour
les 2 diodes et il y a 2 barrières en parallèle pour tenir 32 A
maximum) jusqu'à ce qu'elle en fonctionnement normal.
de coût évidemment. La Seasonic S12 tiendra ses
spécifications, même dans les pires situations qu'on puisse
rencontrer, car elle est suffisamde leurs spécifications, mais leur
durée de vie en pâtira sérieusement. ment
surdimensionnée. Bien sûr, on peut surcharger les diodes au
delà
Autrement dit, la LC Power est sous dimensionnée pour des
raisons
Et enfin dernière chose, relier le rendement à la
température n'est
dire qu'il baisse quand la température augmente et
inversement. Néanpas forcément aussi évident qu'il n'y
parait. On aurait tendance à moins, certains composants travailleront
peut être mieux à 40?C qu'à 25?C.
L'ESR des condensateurs diminue quand la température augdes
barrières Schottky diminue aussi quand la température augmente
mente donc un peu moins de pertes, ou bien encore la chute de tension a
tellement de choses qui varient dans un sens ou dans l'autre que le (à
courant égal), donc elles engendrent aussi moins de pertes, etc. Il y
ture est négligeable ou non. Avec des bons composants, il y a peu de
pérature d'aspiration de l'air entre 25? et 50?C
par exemple pour voir seul moyen de le savoir est de tester globalement. Il
faudrait charger une alimentation avec une puissance constante, puis faire
varier la temcomment évolue le rendement et si vraiment l'influence de
la tempéra- chances que la perte de rendement soit élevée
entre 30 et 40?C typiques (en supposant que ça baisse).
1.8.6 Cas pratique exemple de la senelec
Données extraites du Rapport Annuel 2004 de la SENELEC
Le parc de production
Soit au total : 514,5 MW.
Les besoins nationaux sont couverts par:
La Centrale privée GTI : 52,0 MW
La centrale Manantali au Mali: 66,0 MW
Le parc propre de Senelec : 396,5 MW
sente 91,6% de la puissance installée totale. Il est
composé des équipements RI sur la puissance totale
installée(non compris GTI et Manantali), repré361,9 MW et le
réseau non interconnecté pour 34,6 MW. En 2004, la part du des
centrales de:
Le parc propre de Senelec est réparti entre le
réseau interconnecté pour
Kahône : 14,0 MW
Dakar: 393,9 MW
Les centres secondaires : 14,4 MW
La centrale de Tambacounda: 6,0 MW
La centrale de Boutoute : 14,2 MW
Quant au réseau non interconnecté, il comprend:
Saint Louis : 6,0 MW
La répartition par type d'équipement selon la
puissance est la suivante:
FIG. 1.7 Répartition de puissance selon les
équipements.
l'absence de mise en service de nouveaux groupes.
La capacité de production n'a pas connu d'évolution
en 2004 du fait de
FIG. 1.8 Puissance installée par type de centrale en
ZDD4.
II comprend:
Le réseau de transport
La puissance installée est répartie comme suit:
Puissance totale installée : 566 MVA
~Lignes 90 KV : 340kms
Postes HT / MT : 8
Lignes 225 kV : 760kms (issues de Manantali, au Mali)
FIG. 1.9 Répartition de la puissance installée.
Le reseau de distribution
Le réseau de distribution comprend:
FIG. 1.10 Réseau de distribution.
90% des lignes MT sont constituées de lignes
aériennes.
FIG. 1.11 Longueur des lignes MT.
Source Direction des Réseaux Caractéristiques des
sous stations
FIG. 1.12 Puissance des différentes sous stations.
Les postes MT/BT
FIG. 1.13 Les postes MT/BT
Postes MT/BT par délégation
Caractéristiques du réseau BT
Les 6390km de canalisations basse tension comprennent
Réseau aérien nu : 650km Réseau
préassemblé : 5302km Réseau souterrain : 436km
La production
Elle s'élève à 6552MW enregistrant une
hausse de 12%. La pointe minimale male appelée à la pointe a
été de 343MW contre 319 en 2003, soit 7,5% de contre 1826GWh en
2003, soit une progression de 6,9%. La puissance maxi- plus qu'en 2003. La
pointe a été obtenue le 15 octobre à 19 heures 30
minutes.
L'énergie totale disponible au cours de l'année
2004 s'élève à 1952GWh a été de 129 MW, soit
une hausse de 14% par rapport à 2003. Elle a été atteinte
le 27 décembre.
La production journalière maximale a été
enregistrée le 19 Octobre 2004.
l'énergie totale produite. Le reste a été
couvert par les achats d'énergie:
La production propre de Senelec est de 1307,1 GWh, soit 66,95%
de
Autres : 0,768 GWh
Manantali : 293 GWh, soit 15%
GTI : 351 GWh, soit 17,98%
Répartition de la production
FIG. 1.14 Répartition de la production
Le parc d'apijpoint composé de C2 Vapeur; de C5 et des
turbines à gaz, a Kahone, Boutoute.Tamba et les cenijtrales secondaires,
est de I131.84 GWh. produit 171,86 GWh pour une prévision de 84.88 GWh.
L'écart s'explique par les difficultés constatées sur le
parc de base qui ont contribué à une
La production du parc de base qui comprend les cenijtrales CI,
C3, C4,
utilisation plus poussée des moyens d'appoint.
aléas sur d'autres machines du parc.
Par rapport aux prévisions de production d'énergie,
le déficit global de 5 GWh, soit au total 3,5 GWh.
sion de 79,25%. Comparé à 2003, il s'est
légèrement détérioré de 1, 16%. GWh
s'explique essentiellement par l'indisponibilité des turbines à
gaz et les
L'unité de secours de Saint Louis a produit 3,397 GWh et
Bakel 0,103
Le taux de disponibilité globale du parc a
été de 75,67% pour une prévi-
Contribution du réseau interconnecté
augmenté assez rapidement en gagnant 14,7% sur son niveau
de 2003.
La production du parc alimentant le réseau
interconnecté de Senelec a L'essentiel de cette énergie (81%) a
été produite au niveau des centrales
necté en 2004
FIG. 1.15 Courbes de charges des journées
caractéristiques du réseau intercon-
41,8%.
à 74,73% dont 75,76% pour le parc de base et 71,54% pour
le parc d'appoint.
de 29,08 F/Kwh.
entre 2003 et 2004. Le coefficient de disponibilité des
centrales du RI s'établit
C32 et C4 du site de Cap des Biches avec
des parts respectives de 39,2% et
d'appoint Le coût spécifique
du RI est de 30,98 F/Kwh pour une prévision
Le rendement brut est de
94,97% pour le parc de base et 99,04 pour le parc
La production de ces
centrales (93,4% du parc de base RI3) a cru de 17%
FIG. 1.16 Contribution du réseau interconnecté
2Cpour centrale 3, idem pour les suivants. 3réseau
interconnecté
FIG. 1.17 Production, disponibilité et rendement du RI en
2004
s'est améliorée de 15,6% en 2004 soit 7,7 GWh dont
5,9 GWh pour Boutoute. Contribution des centrales régionales non
interconnectés
La production totale des centrales régionales de Boutoute
et de Tamba
FIG. 1.18 Production, disponibilité et rendement du RNI en
2004
par le raccordement du réseau de Sédhiou
à la ligne issue de la centrale de à 22,63 GWh en 2004. Cette
baisse, de l'ordre de 1,2% s'explique en partie Boutoute.
La disponibilité du RNI est de 85,63% pour un rendement
de 96,58% en 2004 La production brute des centres isolés est
passée de 22,9 GWh en 2003
FIG. 1.19 La disponibilité du RNI
l'énergie électrique chez les partenaires
suivants:
Les achats d'énergie
a)
Centrales de production indépendante
En plus de l'énergie produite par ses propres
centrales, Senelec achète de table à la baisse des achats sur
Manantali (293,112 GWh en 2004 contre Les achats d'énergie auprès
de GTI ont été 350,91 GWh en 2004 contre 346,2 GWh en 2003, soit
une progression de 1,4%. Cette hausse est impu-
ICS, Sococim et la Sonacos pour les auto-producteurs.
GTI et Manantali pour la production indépendante;
production de Senelec d'autre part.
de 18,75% contre 19,7% en 2003.
337, 75 GWh en 2003) d'une part, et à la faible
disponibilité du parc de
La puissance maximale fournie par Manantali
n'a atteint que I 19 MW
La part de GTI sur la production totale annuelle des
groupes du RI est
b)
Les auto-producteurs
sance représente le double de la puissance permise en
marche normale. En plus de GTI et Manantali, Senelec achète de
l'énergie auprès des Industries Chimiques
sénégalaises (ICS), de Sococim et de Sonacos de contre 143 MW en
2003, soit une baisse de 20%. Toutefois, cette puis- Ziguinchor Pour 2004, les
achats auprès de ces auto producteurs s'élèvent 768 MWh,
répartis comme suit:
ICS : 58MWh
Sonacos : 320MWh
Sococim : 290MWh
FIG. 1.20 Evolution du prix des FO entre 2003 et 2004
Les Dépenses de Combustibles
d'énergie a beaucoup contribué à
l'accroissement des dépenses. En effet, au second semestre, les prix du
FO et du DO ont enregistré des hausses de 13% et 35%, respectivement par
rapport au premier semestre précédent.
du chiffre d'affaire, soit une augmentation de où elles
étaient de 38,2 milliards.
Z Elles se chiffrent à 42,3 milliards de Fcfa en 2004, et
représentent 35,9%
L'évolution du prix des combustibles pendant la
période de forte demande type de combustible avec la baisse du FO (-8%)
et du Gaz (-49%) comparé celles de 2003 montrent des évolutions
différenijciées des prix moyens selon le en gissement annuel. Les
moyennes des 12 mois de 'année 2004 comparées à à
la hausse du DO et du Kérosène de H-17 et H-33 %
respectivement.
Par rapport à l'exercice précédent, le FO
observe une forte hausse de 44%
4FO et DO sont des combustibles utilisés au niveau des
centrales.
FIG. 1.21 Evolution des prix du DO entre 2003 et 2004
FIG. 1.22 Evolution des prix des autres combustibles
(Kérozéne et gaz) en 2004
Production de Réseau interconnecté
milliards de FCFA). Cet écart est lié d'une part
à la hausse prix du baril de coût spécifique de production
s'élève à 32,36 FCFA/kWh pour une prévision
316g/kWh soit 10,5 g de plus de combustible pour chaque kWh produit Le de 30,25
FCFA/kWh, soit un écart défavorable sur le budget de 6,96% (2,1
I
Dans l'ensemble, la consommation spécifique passe de
312,6g/kWh à Les consommations de combustibles ont
considérablement dépassées celles de pétrole et
à l'augmentation de consommation de combustibles, d'autre part. ment de
l'augmentation de la production.
2003. Cela est une conséquence du vieillissement du
parc, des décalages de
'entretien préventif, du fort taux
d'utilisation du parc d'appoint mais égale-
FIG. 1.23 Coût du combustible/réseau en Milliards
de F cfa
FIG. 1.24 Poids des dépenses de combustibles par
réseau en 2004
Réseau non interconnecté
48,51 soit un écart négatif de 5,07F.
Le coût spécifique du RNI est de 53,58F/Kwh, pour
une prévision de
Producteurs privés
46,17F/kwh en 2004 du fait de la forte hausse du prix du
combustible utilisé hausse des tarifs d'avril 2003. Le coût moyen
d'achat du kWh y est à 18,74 FCFA contre 18,7177 FCFA en 2003.
Quant à Manantali, elle demeure la centrale la plus
économique malgré la (H-70%).
Le coût variable d'achat d'énergie GTI est
passé de 39,07 f/kWh en 2003 à
FIG. 1.25 Disponibilité et rendement du parc en 2004.
Mouvements d'énergie
La production nette des unités de production propres
à Senelec s'élève à I 95%. Le rendement production
est resté constant au cours de ces dernières elle est de 77 GWh
soit une hausse de 10%.
GWh soit une proljgression de 6,8% par rapport à
l'année 2003. Pour le RNI, années. Il faut noter également
que des centraijles comme Bel Air (93%) et Saint Louis (94%) restent en dessous
du rendement global.
168 GWh pour une production brute de I 228 GWh soit un
rendement de L'énergie nette appelée sur le RI au cours de
l'année 2004 a atteint 1812
Transport
que le rendement net est de 97%. A noter que depuis
l'année dernière, ce rendement est calculé pour le
réseau de transport de Senelec seulement (réseau 90 kV); ce qui
suppose qu'au niveau du poste de Tobène il n'a été
considéré que les achats nets (160 053 MWh) et les
émissions vers le RIMA (6 286
Le rendement brut du système Production -Transport est de
93% alors
postes sources du RIMA dans le calcul du rendement.
MWh). Cette hypothèse exclut les centrales de Kahone et
Saint Louis et les
Distribution
32% de l'énergie distribuée en 2004. Toutefois,
suite à la reconfiguration du
de Senelec s'élève
à 1595 GWh contre 1501 GWh en 2003, soit une hausse
de 6%. Le poste
de Hann demeure toujours le plus important du réseau
avec
L'énergie ivrée à la distribution au niveau de
l'ensemble des postes sources
tableau ci-après:
tandis que celui de Bel air enregistre un accroissement de 27%.
L'évolution
réseau pour soulager ce poste, on note une baisse
de 9% par rapport à 2003
de l'énergie distribuée selon
les différents postes sources est illustrée par le
FIG. 1.26 Energie distribuée par source
de Dagana, Matam et Sakal.
leur utiijlisation plus importante suite à la baisse des
achats sur Manantali.
Il faut aussi noter l'augmentation de la charge au
niveau des postes sources
La hausse observée au niveau de Saint Louis et Kahone
s'explique par à la faible disponibilité du parc de production
(75% contre 77% en 2003) sur GTI. Ainsi des délestages par manque
production ont été opérés durant combinée
à la réduction des achats sur Manantali et la limitation de
puissance QUALITÉ DE SERVICE
toute l'année à l'exception du mois de janljvier
qui fait partie des périodes La qualité de service s'est
dégradée par rapport à l'année dernière
suite
de plus faible charge.
ment des clients HT (pour soulager les clients domestiques le
soin durant les
bations dues à plusieurs autres causes : incidents,
coupures diverses, effaceij-
En plus de ces délestages, la
distribution a connu plusieurs autres pertur-
FIG. 1.27 Energie distribuée par source en 2004
contre 6.983 MWh pour l'année précédente
soit une hausse de 97%. périodes de déficit).
L'énergie non distribuée du fait de ces
perturbaijtions, s'élève à 13.743 MWh clenchement de
transformateurs et/ou départs au niveau des postes sources). Les
déclenchements de groupes
Néanmoins les déclenchements de groupes suite
à des problèmes intrinsèques
par rapport à 2003.
A noter que beaucoup de déclenchements de groupes
ont
été causés par des incidents réseau (perte
interconnexion avec Manantali, dé-
En 2004, 596 déclenchements ont été
enregistrés soit une baisse de 21%
à la centrale restent majoritaires.
Les incidents
des incidents réseaux; elle se répartit de la
manière suiijvante : 40% pour le premier semestre et 60% pour le second
semestre. Le maximum de 1,154 GWh en 2003, soit une hausse de 64%. Cette END5
résulte essentiellement lieu en dehors des heures de pointe.
L'énergie non distribuée suite à des
inciijdents est de 6,9 GWh contre 4,2 l'année, ce qui signifie que la
plupart des déclencheijments de groupes ont eu GWh a été
obtenu au mois de juillet.
L'END suite à des incidents production
s'élève à 50 MWh pour toute
5Energie non distribuée.
Dakar et les régions.
Le tableau suivant donne la répartition des incidents par
niveau tension pour
FIG. 1.28 Répartition des incidents par niveau tension
pour Dakar et les régions.
Délestages par manque de production
fois plus. De même le nombre de jours où il y a eu
déficit de production a
achats sur Manantali et la limitation de
puissance sur GTI combinées à l'aug-
mentation de la charge,
l'énergie non distribuée par manijque de production
Du fait de la faible disponibilité du parc de Senelec, de
la réduction des
doublé par rapport à l'anijnée
dernière (87 contre 43 en 2003).
en 2003) suite aux raisons évoljquées ci-dessus.
(délestage et effaceijment) est de 5,5 GWh contre 1,8
GWh en 2003, soit trois Le maximum est toujours atteint au mois d'octobre (20
jours contre 12 jours Effacements clients haute tension
tenijsion (Ta'iba et Sococim), entre 19 heures et 24 heures.
En 2004, il y'a d'énerijgie effacée de chaque client HT, ce qui
constitue un paramètre percit, Sénélec a dû
procéder à des effacements concertés avec les clients
haute eu une augmentation aussi bien du nombre d'effacement que de la
quantité
Pour soulager la clientèle domestique le soin durant les
périodes de défi-
de producijtion aux heures de pointe.
mettant de mesurer aussi la profondeur du déficit et les
contraintes du parc
FIG. 1.29 Evolution des interruptions de services par nature de
la cause.
FIG. 1.30 Evolution de l'END par nature de la cause.
La régulation
Chapitre 2
2.1 Définition de la régulaton
trique. Au préalable nous rappelons brièvement
le contexte actuel et nous nable dans l'enseignement de
l'électrotechnique d'aujourd'hui. Nous exposons dans ce livret technique
la position du problème de la qualité de l'énergie
élec2.1.1 Qualité de l'énergie électrique
précisons les critères d'évaluation de la
qualité de l'énergie électrique.
La sensibilisation à la qualité de
l'énergie électrique est devenue incontour-
2.1.2 Contexte
de garantir la qualité de la fourniture
d'électricité. Les premiers efforts se sont portés sur la
continuité de service afin de rendre toujours disponible l'accès
tension, existent dans toutes les catégories d'utilisateurs:
avec le développement des équipements où
l'électronique prend une place
Depuis de nombreuses années, le distributeur
d'énergie électrique s'efforce à l'énergie chez
l'utilisateur. Aujourd'hui, les critères de qualité ont
évolué prépondérante dans les systèmes de
commande et de contrôle.
Ces dispositifs sensibles, mais qui dégradent
également la qualité de la de garantir les productions pour les
entreprises, font de la qualité de l'énergie électrique un
enjeu majeur pour les compagnies d'électricité et pour les
L'utilisation en grand nombre des téléviseurs,
magnétoscopes, lampes à économie d'énergie,
l'ouverture du marché de l'énergie électrique, la
nécessité
dans le domaine tertiaire avec le développement de
l'informatique
dans le domaine domestique.
dans le domaine industriel par l'emploi de constituants
d'électronique de puissance
fabricants d'équipements.
variation de 10% de l'amplitude de la tension se traduira par
une perte de rectement liées à la qualité de la tension
d'alimentation. Par exemple, une satisfaction de l'utilisateur. Les
performances de ses équipements sont di- couple de 19% pour une machine
asynchrone.
La notion de qualité du produit
"électricité" est attachée au niveau de réseau,
susceptibles de gêner les autres utilisateurs. Le distributeur
(système par la qualité de l'électricité.
d'alimentation) et l'utilisateur (installations) sont l'un et
l'autre concernés
Les équipements d'un utilisateur peuvent
apporter des perturbations, sur le
2.1.3 Qualité de l'énergie
électrique critères et défini-
tions
tion des perturbations électromagnétiques des
réseaux électriques.
ment électromagnétique sans produire lui même
des perturbations nuisibles aux autres appareils ou dispositifs.
d'un appareil, d'un dispositif, à fonctionner
normalement dans un environne-
On parle de Compatibilité
Électromagnétique 1 afin de caractériser l'aptitude
Les critères de qualité de
l'électricité sont directement issus de l'observa-
mission: on parlera de perturbations conduites et de
perturbations rayonnées.
La CEM classe ces perturbations selon deux groupes:
D'autre part, ces phénomènes sont
caractérisés selon leur de mode transhautes fréquences (
>9 kHz).
basses fréquences ( < 9 kHz)
tensions continues dans les réseaux alternatifs.
servés sont nombreux : creux de tension et coupures,
surtentions temporaires
aux basses fréquences dont la transmission
est conduite. Les phénomènes ob-
ou transitoires, fluctuations
lentes de la tension (flicker), variations de la fré-
De manière générale, les perturbations en
électrotechnique appartiennent
quence, déséquilibres du système
triphasé, harmoniques et interharmoniques,
~la symétrie du système triphasé.
Ils peuvent être regroupés en quatre
catégories selon qu'ils affectent:
la fréquence,
la forme d'onde,
l'amplitude,
'C. E. M
est caractérisé parà:
2.1.4 Creux de tension et coupures définition
Uncreuxdetensionestunechutebrutaledel'amplitudedelatension.Il
Hz soit 10 ms jusqu'à une minute.
entre 1 et 90% de la tension nominale pendant une durée
de
La norme EN50160 fixe la diminution de la tension à une
valeur située sa durée( t).
sa profondeur( U)2période à 50
valeur efficace de la tension toutes les
2période).
La mesure d'un creux de tension s'effectue par la
détermination de la
2périodes (avec recouvrement d'une
FIG. 2.1Creux de tension
deur est supérieure à 90% et elle est
caractérisée uniquement par sa durée
Une coupure brève est un cas particulier du creux de
tension. Sa profon-
tismes des réseaux de distribution (réenclencheurs,
isolations de défaut). Les coupures brèves sont
généralement la cause de manoeuvres des automaou sur le
réseau de distribution.
(inférieure à 3 minutes). Les coupures longues sont
supérieures à 3 minutes. Les creux de tension sont dus à
l'apparition de défauts sur l'installation
2.1.5 Surtensions temporaires ou transitoires -
définition
liaison à la terre de l'installation:
La norme EN50160 fixe les niveaux de surtensions selon le
schéma de réseaux à neutre à la terre
(raccordé directement ou avec une impé-
trielle (50 Hz) ; surtensions de manoeuvre surtensions
atmosphériques. Elles dance) : la surtension ne devra pas
dépasser 1,7Un
apparaissent selon deux modes mode commun (entre conducteurs
actifs et la
~réseaux à neutre isolé ou résonant :
la surtension ne devra pas dépasser
masse ou la terre) ; mode différentiel (entre conducteurs
actifs, phase-phase
Les surtensions sont de trois natures surtensions à la
fréquence indus-
2Un.
ou phase-neutre).
réseaux aériens que sur les réseaux
souterrains du fait des bien entendu des
faut d'isolement entre phase et terre, lors d'une surcompensation
de l'énergie intempéries (excepté, s'ils sont
raccordés départ sur le même réseau).
tion de la structure du réseau : mise en service de
gradins de condensateur, et un condensateur. Les surtensions de manoeuvre
découlent d'une modificaLes surtensions à la fréquence
industrielle prennent naissance suite à un dé-
On observe un plus grand nombre de creux de tension et de
coupures sur les
réactive ou encore lors d'une ferrorésonance
provoquée par un circuit inductif
Les surtensions atmosphériques sont provoquées par
la foudre soit directe- d'une ligne à vide.
ment, soit indirectement par augmentation du potentiel de la
terre.
courants importants à la mise en service ou hors service
d'appareil dont la enveloppe dont la fréquence est comprise entre 0,5 et
25 Hz.
Le phénomène est dû à la propagation
sur les lignes du réseau d'appels de
de la tension de moins de 10%.
La tension est modulée en amplitude par une
2.1.6 Fluctuation lente
de la tension (Flicker)-définition
La fluctuation lente de la tension est une diminution de la
valeur efficace flux lumineux (Flicker). Cette gêne visuelle est
perceptible pour une variation ment sur des lampes à incandescence
où elle provoque un papillotement du Les conséquences de la
fluctuation lente de la tension s'observent essentielle- souder, les moteurs
à démarrages fréquents...).
puissance absorbée varie de manière rapide (les
fours à arcs, les machines à
de 1% de la tension.
FIG. 2.2 Fluctuation
aux autres. La quantification du phénomène fait
appel à la décomposition de la composante fondamentale selon les
composantes symétriques de Fortescue. sont pas égales en
amplitude et/ou déphasées de 120? les unes par
rapport
2.1.7 Déséquilibre du système
triphasé de tensions-définition
mopolaire, le degré de déséquilibre inverse
est le rapport entre la composante inverse du fondamental de la tension et sa
composante directe:
On définit un degré de déséquilibre
inverse et un degré de déséquilibre ho- Le
déséquilibre du système triphasé s'observe lorsque
les trois tensions ne
?Ui = | Uli |
| Uld |
homopolaire du fondamental de la tension et sa composante
directe:
le degré de déséquilibre homopolaire est le
rapport entre la composante ?U? = | Ul? |
| Uld |
dû aux charges monophasés ou aux
déséquilibres du réseau. L'augmentation semaine. Le
déséquilibre du système triphasé de tension est
essentiellement des machines asynchrones, l'existence de couple inverse
conduisent à la dé- sur les valeurs efficaces calculées
sur 10 minutes pour 95% du temps d'une
La norme EN50160 fixe le taux de déséquilibre
inverse admissible à 2%
gradation prématurée des machines.
FIG. 2.3 Déséquilibre de tension
2.1.8 Harmoniques et interharmoniques définitions
ternance de la sinusoïde de tension à 50 Hz. Ils
absorbent alors un courant pareils ne présentent pas une
impédance constante durant la durée de l'alHarmoniques:
Les harmoniques sont des signaux de fréquence multiple de
la fréquence
tension.
industrielle. Ils sont générés par des
charges dites non-linéaires. Certains apmultiples à celle du
fondamental (50 Hz pour le réseau de distribution). non sinusoïdal
qui se propage dans le réseau et déforme ainsi l'allure de la
peut être décomposé en une somme de signaux
sinusoïdaux de fréquence une composante à la
fréquence de 250 Hz, soit 5 x 50 Hz) et par son amplitude
exprimée en pourcentage par rapport à celle du fondamental.
Chaque composante est caractérisée par son rang
(par exemple rang 5 pour
Une tension ou un courant déformé par
rapport à la sinusoïde de référence
On
caractérise la pollution d'un réseau de manière globale
par le taux de
distorsion harmonique2 en tension ou en courant:
X+ 8
n=2
Ut
tu u u u v
Un 2
THDu = 100 *
fréquence industrielle.
posantes harmoniques et l'amplitude du fondamental. La borne
supérieure
est fixée par la norme EN50160 au 40e rang,
c'est-à- dire à 3 kHz pour la
C'est le rapport, exprimé
en pourcent, entre la valeur efficace des com-
FIG. 2.4 Représentation d'une onde
déformée
tingue les effets instantanés et les effets à
terme.
fréquence industrielle. Les variateurs de vitesses pour
machines asynchrones, les fours à arcs sont les principaux
générateurs d'interharmoniques. On disInterharmoniques
Les interharmoniques sont des signaux de fréquences non
multiples de la
2THD
joncteur). D'autres troubles fonctionnels sont liés
à la déformation de l'onde pédance du réseau et les
condensateurs de compensation. Le plus spectacude tension tels que : couples
pulsatoires sur les moteurs d'entraînement, vilaire de ce type d'effet
est la destruction d'équipement (condensateurs, dis-
Les effets instantanés font suite à un
phénomène de résonance entre l'imde la détection du
passage au zéro de tension pour les dispositifs de régulation.
brations, erreurs des systèmes de mesure (selon leur bande passante),
perte des lignes et amènent un déclassement des
équipements.
La norme EN50160 fixe les niveaux de tensions harmoniques
jusqu'au 25`eme rang et indique que le taux global de distorsion harmonique ne
doit pas dépasser 8%.
Les effets à termes se traduisent par une fatigue
prématurée du matériel,
Des solutions de dépollution harmoniques existent:
le filtrage passif qui consiste à installer un circuit L,
C série accordé sur
limitant les perturbations harmoniques.
Les nouveaux équipements de petite puissance sont soumis
à des normes ~le filtrage hybride combine les solutions passive et
active,
la fréquence de la composante à éliminer,
le filtrage actif génère des composantes
harmoniques aux mêmes fréquences et en opposition de phase aux
perturbations mesurées, l'utilisation d'appareils à absorption
sinusoïdale3
3Appareils dits !!propres!!
2.2 Pourquoi réguler la tension électrique
Introduction
tie, ils sont sensibles aux perturbations de la tension tout en
étant eux-mêmes générateurs de perturbations.
souplesse d'utilisation dans les secteurs industriels et
tertiaires. En contrepar-
Les matériels électriques et
électroniques accroissent la productivité et la
connuessontlescoupuresbrèves,lescreuxdetensionetlesdéséquilibres.Le
nombreux spécialistes y consacrent des efforts importants.
tion souvent urgente, car ces surtensions peuvent mettre en
péril l'efficacité et domaine étendu des surtensions reste
parmi les moins connus, bien que de Lorsque les industriels ou les exploitants
de réseaux d'énergie électrique sont Ces perturbations
peuvent prendre une grande variété d'aspects. Les plus ciles
à aborder de manière simple et leur résolution
nécessite des compétences confrontés à des
problèmes de surtensions, ils doivent faire face à une situa-
substituer aux spécialistes, de préciser de manière
synthétique l'essentiel des affirmées dans plusieurs
spécialités. Il est donc apparu utile, sans vouloir se
l'intégrité de leur outil de travail. Dans tous les cas, ces
problèmes sont difficonnaissances en la matière.
transporter sont de ses plus importantes
caractéristique. En effet, la tension zéro à pleine charge
ne doit dépasser 5% de la tension nominale, bien qu'on d'une ligne doit
demeurer assez constante à mesure que la puissance active 2.2.1
Variation de tension et puissance maximale transconsommée par la charge
varie. Ordinairement, la variation de la tension de
La régulation de la tension et la puissance maximale
qu'une ligne peut
portable
transportable par la ligneà, nous étudierons
successivement le comportement puisse tolérer parfois une
régulation allant jusqu'à 10%.
porter afin de connaître ses possibilités lors de
surcharges temporaires. Afin de connaître la variation de la tension et
d'établir la puissance maximale de quatre types de lignes:
On s'intéresse également à la puissance
maximale qu'une ligne peut trans-
4. ligne inductive reliant deux grands réseaux.
3. ligne inductive avec compensation,
2. ligne inductive,
1. Ligne résistive,
active transportée par la ligne. Au fur et à
mesure que la charge augmente, une puissance variable Pc(Fig. 1-a)
la tension Es de la source est constante. 2.2.2 Ligne
résistive
permettent d'obtenir la courbe Er en fonction de P
c(Fig. 1-b). Cette courbe révèle l'information
suivante:
la tension Er à ses bornes diminue
progressivement; des calculs très simples
On suppose une charge
résistive, car on s'intéresse seulement à la
puissance
Une ligne possédant une résistance R alimente une
charge résistive ayant
FIG. 2.5 Caractéristiques d'une charge résistive
alimentée par une ligne résistive transporter. On atteint ce
maximum lorsque la résistance de la charge est égale à
celle de la ligne. Il s'en suit que Er 0,
que:
Il existe une limite supérieure Pmax à la puissance
active que la ligne peut
= 5 * Es. On peut alors prouver Es
2
(1) Pmax = 4R
Si on permet une régulation maximale de 5% ( Er
= 0, 95 ). La ligne
pertes RI2 dans la ligne.
grande que Pc, mais correspondante serait alors trop
basse.
puissance maximale. La ligne pourrait transporter une
puissance plus La source doit fournir la puissance Pc
absorbée par la charge plus les peut transporter une
puissancePc qui représente seulement 19% de la
la puissance d'une source dont la tension est 10kV. Calculer:
a)
la puissance maximale que de la ligne peut transporter
à la charge, Exemple 1 : Une ligne monophasée ayant une
résistance de 10Ùtransmet
b) la puissance transmise à la charge lorsque la tension
à ses bornes est de
a)
la puissance maximale de la charge est:
Solution:
9,5Kv
|
Es 2
P = 4*R
|
= 100002/410 = 2, 5MW
|
b) lorsque Er 9,5Kv, la chute dans la ligne:
Es - Er = 10 - 9,5 = 0,5Kv = 500V
Le courant dans la ligne est donc:
500 =50A
10
Es - Er
I = R
La puissance à la charge est alors:
P = Er * I = 9,5 * 50 = 475Kw = 0,475MW
prédite par la courbe.
Remarquer que cette puissance représente 19% de la
puissance maximale la charge résistive, on obtient la courbe
Er en fonction du Pcde la Fig. 2b qui possède une
réactance inductive XL (Fig. 2a). Comme dans le cas d'une ligne
résistive, la tension Er diminue au fur et à mesure
que la charge augmente, mais la courbe de régulation a une allure
différente. Si l'on fait varier 2.2.3 Ligne inductive
Considérons maintenant une ligne dont la
résistance est négligeable, mais
On remarque les points suivants:
1.) Il existe encore une limite supérieure à la
puissance que la ligne peut la charge est égale à la
réactance de la ligne ( Rch XL ).
transporter à la charge. On atteint ce maximum lorsque la
résistance de Dans ces circonstance, on à:
Er = 0, 707Es
On peut alors prouver que:
Es2
(2) Pmax =2*XL
deux fois plus de puissance active qu'une ligne
résistive ( comparer
Pour une même impédance, une ligne
réactive peut donc transporter
P max = E82
2*XL etP max = E82
4R).
2.) Si on permet une régulation de 5%à, la ligne
peut transporter une puis-
résistive.
charge, une ligne inductive donne une meilleure
régulation qu'une ligne
sance P valant 60% de la puissance maximale
Pmax.Pour une même
FIG. 2.6 Caractéristiques d'une charge résistive
alimentée par une ligne inductive
b)
3.)résistive à une source de 10Kv. Calculer:
Exemple: Une ligne monophasée ayant une réactance inductive de
10Ùrelie une charge la source Es doit fournir non seulement
la puissance active P consommée par la charge, mais aussi la puissance
réactive XLI2 absorbée par la ligne. la puissance
à la charge lorsque la puissance a ses bornes est de 9,5Kv.
a) la puissance maximale que l'on peut transmettre à la
charge;
b) En référant à la figure 2a , on peut
écrire:
a) La puissance maximale de la charge est:
Solution:
P = Es2
2*XL = 100002/(2 * 10) = 5MW
Es2 = (I*XL)2+Er
100002 = (1 * 10)2 + 95002
Donc I 312A
Xc appropriée au borne de la charge (figure 3a ci
dessous). Si on fait varier Xc augmenter la puissance maximale transportable en
ajoutant une capacitance 2.2.4 Ligne inductive avec compensation
Lorsque une ligne est inductive, on peut à la fois
améliorer la régulation et
de Xc afin que la puissance réactive E8
Er constante (et égale à
E8) aux bornes de la charge il suffit d'ajuster la
valeur
à mesure que la puissance active Pcaugmente, on
peut maintenir une tension
*
soit égale à la moitié de la puissance
réactive XL
que la ligne peut transporter à la charge. Une analyse
détaillée montre (figure 3b) que l'on peut garder une tension
constante (trait horizontal 1et2) jusqu'à incliné (2-0).
une limite où P = E8
Cependant, on constate qu'il y a encore une limite à la
puissance active
2/Xc fournie par les condensateurs
I absorbée par la ligne.
a) La régulation est parfaite (Er =
On remarque les points suivants:
2/XL, après quoi la tension
décroît en suivant le trait
jusqu'à la limite où: E8) et la tension
demeure constante
E8 2
(3) Pmax = XL
b)
En comparant cette courbe avec celle de la ligne inductive
sans compencapacité maximale Pmax de la ligne.
sation, on constate que la ligne compensée peut
transporter le double de
On peut donc transporter à la charge une
puissance Pc qui est égale à la
c)
La capacitance Xc fournit la moitié de la puissance
réactive absorbée par la puissance, tout en maintenant la tension
constante. Les condensateurs ligne (figure 3a).
ajouter une deuxième capacitance Xc,de même
valeur, au début de la la ligne, l'autre moitié provenant de la
source E8. Au besoin, on peut sont donc très utiles sur une
ligne inductive.
Dans ces circonstances,la source débite seulement une
puissance active Pc; la puissance réactive absorbée
par la ligne est fournie par les condensateurs aux deux
extrémités.
La puissance à la charge est:
Pc = Er * I = 9,5kV * 312A = 2964Kw =
3MW
Elle représente bien 60 % de la puissance maximale
prédite par la courbe. turbations causées par les court-circuits
et les autres pannes. De plus, les liorent la stabilité du réseau
et lui permettent de mieux supporter les pernectés par une ou plusieurs
lignes de transport. Ces interconnexions amé2.2.5 Ligne inductive
reliant deux réseaux
interconnexions permettent des échanges de puissance
entre les compagnies Les gros centres d'utilisation d'énergie
électrique sont toujours intercon-
d'électricité de pays voisins par exemple comme
entre le Sénégal et le Mali.
compensée
FIG. 2.7 Caractéristiques d'une charge résistive
alimenté par une ligne inductive
Elles sont déterminées
par les besoins des régions desservies qui agissent
Pour ces lignes, les tensions aux deux extrémités
demeurent constantes.
trois possibilités:
E8 et Er aux deux
extrémités sont constantes, et possèdent chacune la
même valeur E. En ce qui concerne l'échange de puissance active,
on peut distinguer équivalent d'une ligne inductive reliant deux
régions S et R dont les tensions chacune comme des réseaux
infinis indépendants. La figure 4 donne le circuit La valeur de Xc est
constante et égale à XL dans la partie inclinée de la
courbe.
En b E8 en retard sur Er.
En a E8 en avance sur Er;
Cas 1 La tension E8 et Er sont en phase.
Dans ce cas, le courant dans la Cas 2 La tension E8 est
déphasée d'un angle? en avance sur Er (fig : 4- ligne est nul et
aucune puissance n'est transportée.
est donnée par l'équation:
d'après les relations vectorielle, que la puissance
active transportées
a). La région S fournit alors de
l'énergie à la région R et on trouve,
E8 2
(4) P = XL * sin(è)
P puissance active transportée par phase (W);
FIG. 2.8 Ligne inductive reliant deux grands réseaux.
ment utile lorsqu'on traite les grandes puissance
triphasées:
De cette équation on déduit l'équation
suivante qui est particulière- E tension de ligne neutreà(V);
XL réactance inductive par phase (e);
ligne (?).
è angle de déphasage entre les tensions aux
extrémités de la
(5) Pt = ELL2
XL * sin(è)
Où:
XL réactance inductive par phase (e);
ELL tension ligne à ligne, en kilovolts (kV);
Pt puissance active totale transportée par une ligne
triphasée,
en mégawatts (W);
è angle de déphasage entre les tensions aux
extrémités de la
ligne (?).
de l'angle de déphasage. On constate que la puissance
transportée La figure 2.9 montre la courbe de la puissance active en
fonction une ligne reliant deux réseaux impose aussi une limite à
la puissance augmente progressivement pour atteindre une valeur maximale
ELL2
XL
lorsque le déphasage? entre les deux réseaux est de
90?.
En effet, tout comme pour les autres lignes que nous venons
d'étudier,
FIG. 2.9 Caractéristiques d'une ligne reliant deux grands
réseaux.
stable. Lorsque l'angle est voisin de 90? ou plus, les
deux régions maximale que l'on peut transporter. Cette limite est la
même que celle
évite cette condition, car elle correspond à un
point d'opération in- d'une ligne inductive compensée. Bien que
l'on puisse théoriquement
ouvrir le circuit.
transporter une puissance lorsque l'angle est supérieur
à 90?, on dérable, même si la tension
E8 et Er aux deux extrémités sont
égales. sont sur le point de décrocher et les disjoncteurs de
ligne s'apprête à grand.
En se référant à la figure 2.2.5 (a), il
est évident que la chute de ten-
Remarquer que la chute de tension Ex
dans la ligne peut être consi-
Cas 3 La tension E8 est déphasée d'un
angle en arrière de Er (figure 2.2.5 sion est d'autant plus
grande que le déphasage entre E8 et Er est plus
cette fois, elle circule de la région R vers la région S. La
courbe de la
de la puissance ne dépend pas des valeurs relatives des
tensions E8 et Er - puissance en fonction de l'angle de
déphasage est indiqué à celle de (b)). La puissance active
est encore donnée par l'équation (4), mais,
elles sont égales -, mais seulement du déphasage
entre elle.
Si l'on compare la figure (a et b), on constate que le sens de la
circulation s'appliquent.
la figure 2.9 et, en ce qui concerne la stabilité, les
mêmes remarques
FIG. 2.10 Puissance d'une ligne inductive compensée
transporter. Cette puissance est proportionnelle au
carré de la tension et quatre types de lignes que l'on vient
d'étudier. Chaque ligne possède une La figure 2.11 permet de
comparer les puissances est les tensions pour les inversement proportionnelle
à l'impédance de la ligne.
2.2.6 Récapitulation de la puissance transportée
En résumé, il existe toujours une limite
à la puissance qu'une ligne peut une régulation maximale de 5%,
les puissances que l'on peut transporter sont impédance de 10Ùet
la source fournit une tension Es de 10 kV. Si l'on tolère
limités aux valeurs indiquées dans la figure.
vement à 10MW pour une ligne ne possédant aucune
résistance.
ayant une réactance de 9,8Ù et une
résistance de 2Ù. La courbe (5), tracée avons
tracé, à titre d'intérêt, la courbe correspondant
à une ligne compensée en pointillé, indique alors la
puissance maximale tombe à 8MW, comparati-
De plus, comme les lignes possèdent toujours une certaine
résistance, nous
tension donnée est proportionnelle au rapport E2
2.2.7 Choix de la tension de ligne
On a vu que la puissance P qu'une ligne peut transporter pour
réguler une
L/Z ou EL est la tension de
active transportée par la charge.
FIG. 2.11 Comparaison des courbes de régulation en
fonction de la puissance
ligne à ligne et Z son impédance. Puisque cette
impédance est proportionnelle à la distance à franchir, on
en déduit que la tension d'utilisation E est donnée par une
expression de la forme :
(6)EL = k *.VP * L
Où :
EL = tension de ligne à ligne (V) ;
P = puissance à transporter sur les 3 phases (W) ;
L = distance de transport (m) ;
k = facteur approximatif qui dépend de la
régulation permise et du type de ligne.
k = 0,1 pour une ligne sans compensation ;
k = 0,06 pour une ligne avec compensation
la formule (6) fournit seulement un ordre de grandeur de la
tension E car la valeur finalement choisie dépend de facteurs
économiques et d'autres considérations. En
général,la tension adoptée est comprise entre 0,5 EL et1,5
EL.
Exemple :
On doit transporter une puissance de 10MW sur une distance de 20
km :
a) La ligne n'étant pas compensée,
déterminer la tension de la ligne et choisir une grosseur de fil
appropriée, sachant que l'on permet une régulation de 5%.
b) Calculer la régulation de la ligne lorsque le facteur
de puissance de la charge est de 1.
c) Calculer les pertes dans la ligne. Solution :
a) D'après la formule (6) :
EL = 0.1 * .VP * L
EL = 0.1* .V10 *1000000 * 20 * 1000
EL = 44721V = 44.7KV
Toute tension comprise entre
| 0.5 * 44.7kV = 25KV | et | 1, 5 * 44.7 = 67KV
| serait acceptable. Utilisons une tension normalisée de 34,5 kV ligne
à ligne, soit 19,9 kV ligne à neutre. Le courant dans la ligne
est alors :
P
I=
.V3* EL
10 * 1000000
1.73 * 34500
I = 167A
|
Choisissons un conducteur ACSR N 1(ampacité 200 A, r
0,9e/km).
Résistance de chaque ligne = 20 * 0, 9 = 18e
La chute R*I dans une ligne = 18 * 167 = 3006KV
% de chute = 3006/19900 = 0, 15 = 15%.
|
active) est trois fois plus grande que celle permise, on doit
augmenter la grosseur du conducteur d'au moins trois fois. On utilisera une
grosseur de Bien que du point de vue de l'échauffement, ce conducteur
soit plusieurs Comme la chute résistive toute seule (sans tenir compte
de la chute ré-
b)
Calculons maintenant la régulation pour une charge
résistive en tenant fois plus gros que nécessaire, il donne
à la fois l'avantage d'une meilleure 300kcmil.
régulation et d'un meilleur rendement.
compte de la réactance (0,5e/km) de cette ligne:
Tension aux bornes de la charge 19900V
FIG. 2.12 Régulation d'une charge résistive
Résistance de chaque ligne = 20 * 0.22 = 4.4e Chute RI
dans une ligne = 4.4 * 167 = 735V
Réactance de chaque ligne = 20 * 0.5 = 10Ù
Chute XL dans une ligne = 10 * 167 = 1670V
que la tension E5 de la source est de 20700 V,
d'où la régulation:
En traçant le diagramme vectoriel pour une phase (figure
2.12), on trouve
|
(20700 - 19900)
|
= 800/19900= 0,040 ou 4%
|
|
19900
|
c)
Les pertes joule dans la ligne triphasée sont:
On rencontre donc la régulation maximale de 5%.
P3 = R * I2 = 3 * 4.4 * 1672 = 368135W =
368KW
joule est:
Par rapport à la puissance active transportée, le
pourcentage des pertes
(Pertesjoule)/P = (368KW/10MW) * 100 = 3, 7%
Chapitre 3
Les techniques de régulation
3.1 Le réglage de la tension
Compensation de la puissance réactive et niveau de la
tension
totale est obtenue lorsque la puissance réactive des
condensateurs est égale à sible, de cette façon, de
remonter une tension trop faible. La compensation gie réactive en
installant des batteries de condensateurs (figure 3.1).Il est posla puissance
réactive absorbée par la charge. Dans la réalité,
des considéra-
On peut compenser la chute de tension provoquée par le
transit de l'éner-
tions technico-économiques conduisent à la
compensation, basée sur l ?énergie non pas la puissance
correspondant a tangente ? = 0, 4(cos(?) = 0, 928).
l ?expression:
nominale E du réseau amont est donnée dans le cas
du réseau ci ?dessus par La relation entre la tension U2 aux bornes de
la charge et la tension
U2 Z2
=
E Z1+Z2
transformateur et des câbles BT de liaison et Z2
représente l ?impédance de la charge en parallèle avec la
batterie de condensateurs:
Dans cette expression, Z1 représente l'impédance du
réseau amont, du
(ZmZc)
Z1 = Zcc+ Zr + Zca et Z2 =(Zm+Zc)
thèses suivantes:
Pour le réseau représenté par le
schéma de la figure 3.1, prenons les hypo-
d'énergie réactive.
FIG. 3.1 Transformateur débitant sur un charge inductive
avec compensation
~SnT : 400KVA puissance du transformateur HTA/BT et Ucc
et un rendement égal à 0.956,
Scc:40MVA au point commun de raccordement,
= 4%
Données relatives à la charge du moteur
Pm: 200Kw puissance mécanique d ?un moteur
asynchrone, avec uncos(?) = 0.89 Qc:puissance en kvar des
condensateurs.
D : 150m longueur des câbles BT de liaison,
|
PM
PuissanceactivePm =
ç
|
=
|
200
|
|
= 209Kw
|
|
0.958
|
PuissanceapparenteSm =cos(?)
= 209 = 235KVA 0.89
Pm
pP uissanceractiveQm = Sm 2 - Pm 2 = 107Kvar
Impédance du réseau amont
3.1.1 Cas théorique sans les résistances
Les impédances Z R H- jX deviennent de ce fait des
réactances jX.
|
Un 2
Xcc = Scc
Impédance du transformateur
|
=
|
4002
|
=4me
|
|
40.1O6
|
4
Un 2
*
*
=
100
SnT
= 16me
Ucc
XT = 100
4002
400. 103
Impédance des 2 câbles de liaison en
parallèle, la section de chacun étant
de 240 mm2 (on considère l'inductance
égale à 1 micro H/m)
Xca
=Lca*ù=0,5*150*1.10-6*100t=23,6me
Impédance du moteur
Impédance Z1 : (réseau amont H- transformateur H-
câbles)
X1 = 4.10-3 + 16.10-3 + 23,
6.10-3 = 43, 6me
|
U2
Xm = Qm
|
= 4002~107.103 = 1,5e
|
FIG. 3.2 Analyseur de puissance et d'énergie
électrique
Impédance de la batterie des condensateurs : Pour une
batterie Qc=100Kva
Qm
|
Un 2
xc = Qc
|
= 4002 ÷ 110.103 = 1.45Ç
|
Impédance Z2 : sans le moteur xm tend vers
l'infini.
|
x2=xc =-j1
cù
|
= -j * 1,45
|
excluses)
La valeur de la tension "U2 sans moteur" est de :
(résistances du réseaux
|
x2
U2=E*x1 +x2
|
= 400 *
|
-j * 1,45
|
= 412V
|
|
-j * 1, 45+j43, 6.10-3
|
pareils sont alimentés sous la tension de 412V au lieu de
400V.
En l'absence de charge du moteur, la batterie de condensateurs
enmentation de la tension d'utilisation. Dans ce cas les autres petits apgendre
une surcompensation de puissance réactive qui provoque l'aug-
3.1.2 Cas réels influence des résistances
Résistance interne du transformateur (rT prise
égale à 1% en valeur moteur constituant la charge sont les
suivantes (la résistance du réseau amont est volontairement
négligée).
Les valeurs des résistances internes du transformateur,
des cables et du
réduite)
1 * 4002
=
Un 2
*
=4Ç
Sn
102 * 400.103
rT
RT = 100
=9mÇ
Résistance des cables : deux cables de 240mm2
en parallèle dont la résistance linéique est de
0,12Ç/Km
0, 15 * 0, 12
Rca = 2
Résistance interne du moteur
|
Un 2
Rm = Pm
|
=
|
4002
|
= 766mÇ
|
|
209. 103
|
Impédance Z1 et Z2 - elles comprennent les
résistances ci-dessus, elles ont alors une partie réelle et une
partie imaginaire et s'écrivent:
Z1=RT+Rca +j(Xcc +XT+Xca)
1
=
Z2
1+ jXc
1 +
1
jXm
Rm
U2 Z2
Comme précédemment : E =Z1+Z2
la figure 3.3.
Tous calculs effectués, la variation de U2 en fonction de
Q est donnée par
FIG. 3.3 Variations de U2 en fonction de Q (résistances
du réseau incluses) compensations, est inférieure à 385V.
Il est possible de ramener la tension à 400V avec le moteur à
pleine charge uniquement grâce à des condensateurs, que dans le
calcul précédent. La tension du jeu de barres basses tension,
sans mais la puissance installée devrait être portée
à plus de 200Kvar alors qu'elle
En tenant compte des résistances, la chute de la
tension est plus forte en service, la tension BT est portée à
près de 420V, avec une compensation n'était que de 110Kvar dans
le cas où on négligeait les résistances.
En cas d'arrêt du moteur et de maintien de la batterie de
condensateurs
de 170Kvar. Si la batterie est de 300Kvar, la tension, dans les
mes conditions, monterait à près de 435V.
tension n'est pas linéaire.
près de 1400V, mais qui se produira pour une puissance
de condensateur
surcompenser la puissance réactive. On note la
présence d'une résonance à
proche de 3Mvar. Cette
courbe a le mérite de montrer que l'évolution de la
La figure 3.4 montre comment évoluerait la tension si l'on
continuait à
3.3.
FIG. 3.4 Variations de 1J2 en fonction de Q (résistances
du réseau incluses)
avec 3000Kvar de compensation en parallèle avec un moteur
de 400KVA. Elle n'est, bien sûr, pas réaliste dans la mesure
où on ne se trouvera jamais
3.1.3 Comment éviter les surtensions dues au conden-
sateurs
Dans le cas d'une compensation au niveau du moteur on peut:
différentes solutions:
Pour adapter la puissance réactive à la valeur
nécessaire, on peut envisager coupler la commande du contacteur des
condensateurs à celui du moteur;
Dans le cas d'une compensation par atelier on peut envisager:
commander le moteur et la batterie de condensateur avec le même
une coupure manuelle en fin de journée;
une mise hors service par horloge;
contacteur si la puissance du moteur est suffisamment faible;
Dans le cas d'une compensation centralisée , il est
important de divi-
ser la puissance réactive en gradins et d'adapter le
nombre de radins en
une mise hors service par relais ampèremétrique
temporisé;
services à la puissance appelée par l'usine; cette
adaptation se fait par éventuellement, en fonction du courant
appelé par l'atelier: une misse
relais varmétrique qui adapte la quantité de
condensateurs en service hors service par relais wattmétrique;
à la puissance réactive consommée par les
charges de l'usine.
FIG. 3.5 Variateur et régleur de tension en armoire
3.2 Autres moyens de réglage de la tension BT
limites acceptables.
un transformateur ou un autotransformateur classique pour
adapter la ten-
sion. Si la tension est fluctuante, il faut utiliser des
dispositifs permettant de
la maintenir constante, ou tout au moins de
maintenir la variation dans des
Si la chute de tension, ou la surtension, est permanente, il
suffit d'utiliser tème à thyristors. L'ensemble a un temps de
réponse très court et une bonne précision de
réglage.
3.2.1 Régulateur statique
tension de 25%, et de réaliser ainsi des économies
d'énergie.
des réseaux d'éclairage. Il permettent de mettre
les lampes progressivement
Un régulateur statique est constitué d'un
autotransformateur et d'un sysraccordé aux appareils, il est
impératif que le calibre à la fois du disjoncteur sous tension et
de supprimer les surtensions à 50Hz. Il permettent aussi de
réduire légèrement l'éclairage au cours des heures
de nuit en baissant la et du conducteur du neutre soit le même que celui
des phases.
Il existe aussi des appareils spécifiques (par exemple
chez Technirel) pour
Lorsque le régime neutre TT ou TN du réseau
d'éclairage est à neutre
3.2.2 Autotransformateur variable
port est progressivement variable.
tant. Ces matériels peuvent être employés
conjointement avec des condensa- La gamme de réglages possibles va
jusqu'à #177;25% dans les gammes standard. teurs destinés
à compenser la puissance réactive.
de charge de 0 à 100%. Son taux de distorsion harmonique
est nul.
Il peut couvrir des gammes de puissance jusqu'au MVA avec une
variation
Ce dispositif de réglage est un autotransformateur
à colonne dont le rap-
Les matériels de forte puissances sont d'un encombrement
assez impor-
HTA/BT
FIG. 3.6 Réglage de la tension BT par les prises à
vides du transformateur
Deuxième partie
Applications dans l'industrie
Chapitre 4
Machines à courant continu
4.1 Généralités
Une partie fixe, le stator, qui crée le champ
magnétique; c'est l'inducteur. Un partie mobile, le rotor, qui est
l'induit de la machine. Le rotor de la alimentée par un courant
continu.
La machine à courant continu est constitué de deux
parties.
machine est constitué de conducteur et lorsque le rotor
tourne, il se crée aux bornes de l'ensemble des conducteurs une tenson
induite E.
Cet inducteur peut-être constitué d' aimants
permanents ou d'une bobine Pour faire fonctionner une machine à courant
continu, on peut brancher l'in- fonctionner soit en génératrice,
soit en moteur.
est alimenté de façon séparée par
rapport à l'induit, on parle de machine à ducteur en série
avec l'induit : on parle alors de machine série. Si l'inducteur
excitation indépendante.
La machine à courant continu est une machine
réversible. Elle peut
4.2 Modèle électrique d'une machine à
courant continu
montre que l'expression de la f.e.m. E est:
4.3 La force électromotrice (f.e.m.) E
posé de N conducteurs et tourne à la vitesse
angulaire en [rad/s? . On
L'inducteur crée le flux magnétique ö en Weber
[Wb?. Le rotor est com-
FIG. 4.1 Modèle électrique d'une machine à
courant continu
|
N * Ö * Ù
E= 2ð
N
Si on pose K = 2ð(constante sans dimension) alors
Ùen[rad/s?,
E : f.e.m induite en [V?.
Öen [Wb?,
|
|
|
|
E=KÖÙ
|
avec:
|
|
|
rotation n soit:
E=k*n.
Si le flux est constant, la f.e.m. induite E est proportionnelle
à la vitesse de
4.4 Couple électromagnétique
= E
tique est PE *
Le rotor tournant à la vitesse, il existe un couple
électromagnétique TEM tel que :PE = Ù.
TEM *
On montre alors que l'expression du couple
électromagnétique est: Lorsqu'il circule une intensité I
dans l'induit, la puissance électromagnéI.
TEM = K.Ö.I
qui circule dans l'induit.
c'est-à-dire que le couple électromagnétique
est proportionnel à l'intensité
4.5 Fonctionnement en moteur de la machine à courant
continu
4.5.1 Le moteur à excitation indépendante
est alimenté par une tension continue U et est
traversé par une intensité I. courant continu i (si l'inducteur
n'est pas à aimants permanents). L'induit Modèle
électrique
L'inducteur est alimenté par une tension continu u et est
traversé par le
FIG. 4.2 Modèle électrique du moteur à
excitation indépendante
citation i.
U=E+R.I
Pour ce moteur, le flux Ö est Ii directement proportionnel
au courant d'exEquation de fonctionnement pour l'induit:
|
Bilan énergétique et rendement
Le moteur absorbe la puissance électrique
|
= u.i + U.I .(Si le moteur
PA
|
est à aimant permanent, u.i = 0).
Au niveau de l'excitation (l'inducteur), il se crée des
perte par effet Joule
PJE = u.i = r.i2
|
Pour l'induit, les pertes par effet Joule sont
|
PJI = R.I2
|
La puissance électromagnétique
PEM = PA - PJE - PJI = E.I
Lors d'un essai à vide, PV = R.IV +
que les pertes mécaniques PM soit: PC, on peut
déterminer les pertes
= PF + PM.
collectives PCqui représentent les pertes
magnétiques ou pertes fer PF ainsi
|
On définit le couple de pertes par
|
PC
TP = TEM - TU = Ù
|
|
La puissance utile disponible sur l'arbre du moteur est
|
PU=PA-PJE-PJI-PC.
|
Le rendement du moteur à courant continu est:
PU + u.i + R.I2 + PC
ç= PA
4.5.2 Le moteur à excitation série
gnétique est proportionnel au courant I au carré :
TEM
Modèle électrique
donc traversé par la même intensité I. On
montre que le couple électromaL'inducteur est placé en
série avec l'induit. L'inducteur et l'induit sont
= K.I2.
Équation de fonctionnement : U = E + (r + R).I
|
Bilan des puissance et rendement
Le moteur absorbe la puissance électrique
|
U.I. Au niveau de l'ex-
PA =
|
|
citation (l'inducteur), il se crée des perte par effet
Joule
|
PJE = r.I2
|
Pour
|
|
l'induit, les pertes par effet Joule sont
|
PJI = R.I2
|
La puissance électroma-
|
|
gnétique
|
PEM=PA - PJE-PJI=E.I
|
FIG. 4.3 Modèle électrique du moteur à
excitation série
représentent les pertes magnétiques ou pertes fer
PF ainsi que les pertes méLors d'un essai à vide, on peut
déterminer les pertes collectives PC qui caniques PM soit : PC = PF +
PM.
|
On définit le couple de pertes par
|
TP = TEM - TU
|
|
La puissance utile disponible sur l'arbre du moteur est
|
PU=PA-PJE-PJI-PC.
|
PU PA ç= PA U.I.
Le rendement du moteur à courant continu est
4.5.3 Quelques considérations pour le moteur à
courant continu
Utilisation des moteurs à courant continu
varier la vitesse de rotation par modification de la tension
d'alimentation U en utilisant des ponts redresseurs commandés ou des
hacheurs.
Le principal avantage de ces moteurs, c'est qu'il est très
facile de faire
Démarrage des moteurs à courant continu
=
E = 0.
Pour un moteur à excitation séparée,
U
U = R.ID= ID = R.Le courant de
Nous avons vu que la f.e.m. E k.n. Or, au démarrage, n = 0
d'où
démarrage et très R important.
jusqu'à sa valeur nominale I.
progressivement soit par augmentation progressive de la tension
d'induit. courant soit par adjonction d'une résistance de
démarrage qu'on diminue
U - E
Dès que le moteur commence à tourner, ID
Ce courant est source de détérioration du moteur,
on essaie de limiter ce
=
Si le moteur doit démarrer en charge avec une charge qui
présente un
R et décroît rapidement
|
couple résistant TR, l'intensité de
démarrage doit être
|
TR
ID>K.Ö.
|
voir l'emballement du moteur. Pour un moteur à
excitation série, le moteur dante, on doit commencer par mettre l'induit
sous tension et ensuite seule- Remarque importante : Pour démarrer un
moteur à excitation indépencouper la tension de l'inducteur avant
celle de la tension d'induit au risque de doit démarrer en charge.
ment mettre l'inducteur sous tension. Si le moteur est à
vide, il ne faut jamais
Caractéristiques des moteurs à courant continu
= E.I =
constante U et pour un couple de perte TPconstant.
Pour un moteur à excitation indépendante, PEM
TEM.Ù, E =
k.Ö.Ùet TU = TEM -TP. Pour un flux constantÖ,
pour une tension d'induit
FIG. 4.4 Caractéristiques d'un moteur à courant
continu
4.6 Fonctionnement de la machine à courant continu en
génératrice
Modèle et équation de fonctionnement
Génératrice à excitation
indépendante
FIG. 4.5 Modèle de la MCC en génératrice
Équation de fonctionnement : U = E - R.I
4.7 Exercices d'application
Résistance de l'induit R 0, 5; tension alimentation U 220
V.
Résistance de l'inducteur r 150; tension d'alimentation u
120 V; -
Un moteur à excitation indépendante porte les
indications suivantes : - Exercice n?1:
Pour essai en charge à la vitesse n 1450 tr/min,
l'intensité I 18A. Pour
PV 320W, IV =
Lors d'un essai à vide, on mesure la puissance
absorbée par l'induit
1
2A. , l'essai en charge, calculer: 6. Le rendement du moteur.
4. La puissance utile PU.
3. Les pertes collectives.
2. Les pertes par effet Joule au stator et au rotor.
1. La puissance électromagnétique.
8. Le fréquence de rotation nV.
5. Le moment du couple utile TU.
Réponses:
7.Laf.e.m.EV
Pour l'essai à vide, calculer:
1. Équation de fonctionnement : U = ER.I
La puissance électromagnétique est PEM = E.I soit
PEM = 3, 8kW
E = U -- R.I soit E = 211V
et PJI = R.I2 soit : PJE = 96W et PJI = 162W
u2
2. PJE=u.i= r
3. Lors de l'essai à vide, PV = R.IV 2 + PC PC
= PV -- R.IV
4.PU = PA -- PJI -- PJE -- PC = PEM -- PCsoitPU = 3, 5kW 2 soit
PC =
319W
|
PU
5.TU=
Ù
|
PU
= 2ð.n/60soit TU = 23Nm
|
|
6.ç=
|
PU
PA
|
PU
u.i + U.Isoit ç = 85, 8%
|
7. A vide: U = E + R.IV E = U -- R.IVsoit E = 219,4V
8. A vide : EV = k.nV k = EV et en charge E = k.n k
=
nV
(k
est identique dans les deux cas car le moteur est à
excitation constante). E
n soit nV = E . n = 1508tr/min.
EV
Un essai à vide permet de mesurer le courant IV
d'induit R 0,9Ù et est alimenté par une tension
d'alimentation U variable. 150V et nV =
Exercice n?2 Un moteur à excitation
indépendante à pour résistance 1250tr/min.= 1, 3A, la
tension UV =
3. Établir la relation entre E et n lorsque U varie.
En charge, pour une tension d'alimentation U 170V, l'induit
appelle un 2. Calculer la f.e.m. E.
1. Calculer les pertes collective P pet le moment du
couple de pertes T . courant constant de I =
6. Montrez que le moment du couple
électromagnétique TEM est constant
4. Calculer la tension de décollage UD.
22A, la vitesse de rotation n 1250 tr/min.
5. Établir l'expression de n en fonction de U.
8. Ecrire l'expression de TU(n).
7. Le moment du couple de perte T est proportionnel à la
vitesse n, soit et calculer sa valeur.
9. Le moteur doit entraîner une charge qui à pour
couple résistant T = a.n. Calculer a.
TR = 2, 10-06.n21, 1.10-3.n +
23
1.PV = R.I2
Réponses:
.Calculer les coordonnées du point de fonctionnement.
V + PC PC = UV .IV - RV .I2 V soit PC = 193, 4Wet PC
= 1,48Nm
T = 2ð.n/60
3. On sait que E= k.n k =n
2. U = E + R.I E = U - R.I soit E =150,2V
E
soit k = 120, 2, 10-3.D'où la relation
E = 120, 2.10-3.n
4. Lorsque le moteur démarre, E = 0 et UD = R.I soit UD =
19, 8V
5.
R.I soit n =120, 2.10-3
On trouve: n=8,32.U-164,8
On sait que E = 120, 2, 10-3.n et U = E + RI U = 120,
2.10-3.n + U-R.I
E.I 2ð.n
6.TEM=
Ùavec I = Cste, E = 120, 2.10-3.n
etÙ = 60 alors
TEM =
= 25,2Nm
120, 2.10-3.n * 22
2ð.n/60
TP = 1, 18.10-3Nm/tr/min
9. Pour calculer le point de fonctionnement, on fait TU = TR.
7. Pour n = 1250tr/min, TP = 1, 48Nm, et a = n
8.TU = TEM - TPsoit TU = 25, 2 - 1, 18.10-3.n
25, 2 - 1, 18.10-3.n = 2.10-6.n2
- 1, 1.10-3.n + 23 soit 2.10-6n2 -
80.10-6.n - 2, 2 = 0
6)2 - 4 × (2.10-6) × (2, 2) = 17,
6.10-6
Ä = (-80.10-
|
n1 =
|
/
-(-80.10-6 - 17, 6.10-6
|
= -1029 et n2 =
|
/
-(-80.10-6 + 17, 6.10-6
|
= 1070
|
|
2 × 2.10-6
|
2 × 2.10-6
|
On choisit la vitesse positive : n = 1070tr/min et T = 23,
9Nm.
Chapitre 5
asyncrones
les machines à courant alternatifs : exemple des
moteurs
5.1 Classification des moteurs a courant alter-
natif
1. Selon le principe de fonctionnement:
Il peuvent être classer selon plusieurs aspects:
b. les moteurs asynchrone;
a. les moteurs synchrones;
ii) les moteurs à collecteur
i) les moteur asynchrone ou à induction
moteur à cage d'écureuil ou à rotor
court-circuité(simple ou double cage )
moteur à bague; rotor bobiné ou rotor en phase.
2. Selon le type de courant:
b. triphasé.
a. monophasé;
3. Selon la vitesse de rotation:
b. une vitesse variable;
a. une vitesse constante;
c. vitesse ajustable.
4. Selon les caractéristiques structurelles:
d. ventilé.
b. semi ouvert;
a. ouvert;
c. fermé;
5.2 Principe de fonctionnement des moteurs asynchrone
triphasé
mécanique prend place au niveau de la place rotative d'un
moteur électrique.
Selon la règle générale, la conversion de
l'énergie électrique en énergie
tor ne reçoit pas l'énergie électrique
par conduction mais plutôt par injection mise à l'induit (partie
rotative) à travers les balais et le collecteur. Ainsi les Pour les
moteurs à courant continu l'énergie électrique est
directement trans-
moteurs à courant continu peuvent être appeler
moteur à conduction.
mateur recevant son énergie du primaire; c'est pour cette
raison que de tels exactement de la même manière que l'enroulement
secondaire d'un transfor-
rotation
dans lequel le primaire est statique tandis que le secondaire
est libre à la Ainsi le moteur à induction peut être
assimiler à un transformateur rotatif moteurs sont connus sous le nom de
moteur à induction.
Cependant pour ceux qui concerne les moteurs à courant
alternatif le ro-
a) Avantages des moteurs à injections:
ils coûtent moins cher;
rendement élevé avec un bon facteur de
puissance;
leur construction est simple robuste et particulièrement
pour les moteurs
durant leur fonctionnement du fait de l'absence des balais on
note une à cage;
l'équipement de démarrage est simple et plus
particulièrement pour les nécessite un minimum de maintenance;
b) Inconvénients des moteurs à inductions:
peuvent démarrer sans l'implication de moteur auxiliaire
pour la syndiminution des pertes par frottement;
on ne peut contrôler la vitesse sans pour autant affecter
le rendement; chronisation;
moteurs à cage.
la vitesse diminue avec la charge comme pour le cas d'un moteur
shunt; le couple de démarrage est quelque peu inférieur à
celui d'un moteur shunt.
5.3 Construction
Un moteur asynchrone triphasé est constitué de deux
parties essentielles.
5.3.1 Le Stator
vant les conducteurs. Le stator porte un enroulement
triphasé alimenté à partir d'une source triphasée.
Il est enroulé pour un nombre de pôle défini qui produit
dans le champ magnétique tournant P
chrone ou d'un alternateur. Il est constitué d'un ensemble
d'encoches rece-
Le stator d'un moteur asynchrone est identique à celui
d'un moteur synversa. On va déterminer ultérieurement que lorsque
les enroulements du stator sont alimentés par une source
triphasée il se produit un champ tournant d'encoches par pôle par
phase ) le nombre de pôle détermine la vitesse de rotation.
n8 = 120(f/p) p : le nombre de pôle
constant en amplitude et tournant à la vitesse de
synchronisme'
Plus le nombre de pôle sera élevé moins sera
la vitesse de rotation et vis
= 2n ( n étant le nombre
60(f/p) p : le nombre de paire de pôle
n8 =
du rotor par induction mutuelle.
Ce flux magnétique tournant induit une force
électromagnétique au niveau
|
P1 ns
|
3000
|
2
1500
|
3
1000
|
4
750
|
5
600
|
6
500
|
7
428,6
|
8
375
|
9
333,3
|
1011 300
|
272,7
|
12
250
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
TAB. 5.1 Nombre de pôles en fonction de n8
En cage d'écureuil
5.3.2 Le Rotor
'Vitesse de synchronisme notée n8
FIG. 5.1 Modèle du rotor en cage en écureuil
à conduction à cage ou rotor
court-circuité; le rotor n'est relié à aucune mités
de ses barres sont réunies par deux couronnes également
conductrices. alimentation. Il tourne à la vitesse de rotation
Ù.
Les moteurs avec ce type de rotor sont connus sous le nom de
moteur
Sa résistance électrique est très faible.
Il est constitué de barre conductrice très souvent
en aluminium. Les extré-
Bobiné
FIG. 5.2 Modèle du rotor bobiné
formant des bobinages. On peut accéder à ces
bobinages par l'intermédiaire Les tôles de ce rotor sont munies
d'encoches où sont placés des conducteurs bobiné, à
rotor en phase ou à bague.
de trois bagues et trois balais. Ce dispositif permet de
modifier les propriétés Ces types de moteur sont connus sous le
nom de moteur asynchrone à rotor électromécaniques du
moteur.
5.4 Les moteurs à cage
conducteurs qui de nature ne sont pas ne sont pas des fils
émaillés mais
rotor est d'une construction simple et robuste.
Le rotor est constitué d'un
noyau cylindrique laminé avec des
encoches parallèles destiné à porter les
En industrie 90% des moteurs utilisés sont de ce type
du fait que leur toute possibilité d'insertion de résistances
additionnelles dans le circuit roto- constitué d'épaisses barres
en cuivre ou en aluminium ou encore en alliage. rique. Les encoches du rotor
formes une légère inclinaison par rapport à l'axe du rotor
et ceci pour deux raisons:
sont court-circuitées de manière permanente sur
elle même; écartant ainsi
minale d'où le nom de rotor
court-circuité. Il faudrait noter que ces barres
Ces barres sont
soudées électriquement sur une bague de court-circuitage ter-
Permettre le démarrage facile du moteur en
réduisant le bourdonne-
port à celles du stator à cause de l'attraction
directe entre elle.
ment magnétique;
Permettre de réduire la tendance stationnaire dents du
rotor par rap-
5.5 Les moteurs a rotor bobiné
couche triphasé, comme pour le cas d'un alternateur le
rotor est bobiné avec
enroulement triphasé quelque soit le
nombre de phase de l'enroulement stato-
un nombre de pôle égale
à celui du stator. Le rotor comporte toujours un
rique. Les trois
phases sont connectées en étoile, à l'intérieure,
les trois autres
Ce type de rotor est réalisé avec une
distribution d'enroulement à double
extrémités des
enroulements sont portés à l'extérieure et connecté
à trois
sont ensuite connectés à un rhéostat
externe couplé en étoile. Ceci permet
du moteur et aussi pour
faire varier la vitesse pendant le fonctionnement. Les
de connecter une
résistance additionnelle en série avec le circuit
rotorique
pendant la période du démarrage afin d'augmenter le
couple de démarrage
bagues isolées et fixées sur
l'arbre; et sur elle frotte trois balais. Ces balais,
bagues sont
automatiquement court-circuité et le moteur à bague se
comporte
comme un moteur asynchrone à cage.
5.6 Principe de fonctionnement
champ magnétique tournant produit par des tensions
alternatives.
Le principe des moteurs à courants alternatif
réside dans l'utilisation d'un fonction du courant. C'est une grandeur
vectorielle. La figureà5.3 représente le sens de parcours du
champ magnétique.
B. ce champ est dans l'axe de la bobine, sa direction et son
intensité sont La circulation d'un courant dans une bobine crée
un champ magnétique
FIG. 5.3 Sens de parcours du champ magnétique
générée par la bobine
à la même fréquence que le courant. Voir
figure 5.4
Si le courant est alternatif, le champ magnétique varie en
sens et en direction
tique résultant est la somme vectorielle. Voir figure
5.5
Si deux bobines sont placées à proximités
l'une de l'autre le champ magné-
fréquence que le courant soit 50 tr/s.
tour passe par un maximum). Le champ magnétique
résultant tourne à la
stator à 120 les unes des autres,
trois champs sont déphasés (chacun à son
Dans le cas du
moteur triphasé, les trois bobines sont disposées dans le
FIG. 5.4 Représentation du courant en alternatif
tique. Ces barres sont reliées à leur
extrémité par deux anneaux conductions sa fréquence de
rotation nommée fréquence de synchronisme.
et constituent une fià cage
d'écureuilà». Cette cage est en fait un bobinage
à
Le rotor est constitué de barres d'aluminium noyées
dans un circuit magné-
Les trois enroulements statoriques crées un champ
magnétique tournant, magnétique tournant. Les conducteurs sont
alors traversés par des courants de Foucault induit. Des courants
circulent dans les anneaux formés par la grosse section et très
faible résistance. Cette cage est balayée par le champ la cause
qui leur a donné naissance. Le rotor tourne alors dans le même
cage, les forces de Laplace qui en résultent exercent un couple sur le
rotor. tion des courants induits et donc des forces de Laplace et du couple
moteur. sens que le champ mais avec une vitesse légèrement
inférieur à la vitesse de synchronisme de ce dernier.
D'après la loi de Lenz les courants induits s'opposent
par leurs effets à Les deux fréquences de rotation ne peuvent
donc pas être synchrone dont les noms de moteur asynchrone.
sinon la cage ne serait plus balayée par le champ
tournant il y'aurait dispari-
Le rotor ne peut pas tourner à la
même vitesse que le champ magnétique,
champ magnétique
tournant. S'il en était ainsi il n'y aurait aucune vitesse
pour cette
raison que le rotor tourne à une vitesse inférieure à
celle du syn-
aucun courant rotorique et aucun couple afin de maintenir la
rotation. C'est
relative entre les deux aussi aucune force
électromotrice ne serait induite,
Glissement Dans la pratique, le
rotor n'arrive jamais à rattraper
le
chronisme.Onditquelerotor«glisse»parrapportauchamptournant.La
FIG. 5.5 Le champ magnétique résultant en
diphasé.
par seconde. Ce glissement g va dépendre de la charge.
moteur. La différence de la vitesse de synchronisme ns
et la vitesse actuelle
du rotor n est connue sous le nom de glissement qui
est exprimé en évolution
différence entre les deux
vitesses de rotation dépend de la charge appliquée au
n - ns
g=
ns
ns : vitesse de rotation de synchronisme du champ
tournant (tr.s-1). n : vitesse de rotation du rotor (trs.s-1).
Le moteur à trois régimes de fonctionnement:
figure 5.7
~g > 1 c'est le régime de freinage
électromagnétique.
Le principe de fonctionnement du moteur asynchrone est
illustré par la g < 1 le moteur fonction en régime
générateur.
0 <g <1 le moteur fonctionne en régime normale.
5.7 Représentation schématique
fiquement un moteur à cage ou un moteur à bagues.
La figure 5.8 estreprésentationtion schématique d'un moteur
asynchrone.
boles normalisés. Les figures ci-dessous sont valables
pour un moteur asyn-
chrone en général. Les deux
schémas de la figure 5.8 représentent plus spéci-
Dans
les schémas les moteurs asynchrones sont représentés par
des sym-
FIG. 5.6 le champ magnétique résultant en
triphasé.
5.8 Caractéristiques des moteurs asynchrones 5.8.1
Fonctionnement à vide
A vide : g = 0 et donc n0
est nul et le moteur tourne à la vitesse de
synchronisme.
=
parle alors de courant réactif ou magnétisant (ils
servent à créer le champ magnétique).
Nous observons également que le facteur de puissance
à vide est très
faible
(<0,2)etlecourantabsorbéerestefort(PestpetitetQestgrand).On
A vide le moteur n'entraîne pas de charge. Par
conséquent le glissement
ns.
en charge.
courant actif. Il faut noter que le moteur asynchrone est capable
de démarrer 5.8.2 Fonctionnement en charge
Le moteur fournit maintenant de la puissance active, le stator
appelle un
5.8.3 Caractéristique mécanique T = f(n)
La caractéristique mécanique peut être
expliquée par la figure ??
FIG. 5.7 Principe de fonction du moteur asynchrone.
5.8.4 Résumé des caractéristiques
Avide,lecourantestnonnégligeable,maislapuissanceabsorbéeestsurtout
réactive(Q) ;
La machine asynchrone peut démarrer en charge.
Le couple et le courant de démarrage sont importants;
L'intensité du courant absorbée augmente avec le
glissement;
le glissement est le rapport entre la vitesse du champ et celle
du rotor: La vitesse du champ tournant est :ns
On retiendra que:
= f/p
À vide g =
(f est la fréquence du courant et p le nombre de paires
de pôles);
g = n-n8
n8
Quelle que soit la charge la vitesse de rotation varie
très peu (n = ns);
En fonctionnement nominal le moment du couple utile est
proportionnel au glissement Tu
0 et n = ns;
= k.g
5.9 Bilan des puissances
0FIG. 5.8 Représentation schématique d'un moteur
asynchrone. 5.10 Démarrage d'un moteur asynchrone
très important (4 à 8 fois In). Pour ne pas
détériorer le moteur, il convient
Il existe deux procédés:
procédures de démarrages ont pour objectif la
réduction de l'intensité de démarrage.
de réduire cet appel de courant.
D'une façon générale et quel que soit le
type de moteur les différents
Dans le démarrage des moteurs
asynchrones, le courant de démarrage est
Nous allons voir deux solutions pour démarrer sous tension
réduite.
démarrage sous tension réduite.
utilisation de résistances de démarrage;
5.10.1 Organisatgénéralerale
déquipementment de dé-
-le schéma du circuit de commande.
-le schéma du circuit de puissance,
Qui ont des fonctions spécifiques définies.
Dans un équipement de démarrage il convient de
distinguer: marrage
L'étude de ces deux circuits se traduit par deux
schémas explicatifs distincts: le circuit de COMMANDE.
le circuit de PUISSANCE,
FIG. 5.9 Caractéristiques mécaniques d'un moteur
asynchrone.
celle du réseau, ne nécessitant pas une mise en
vitesse progressive. Le couple est énergique, l'appel de courant est
important (5 à 8 fois le courant nominal). Principe
5.10.2 Démarrage direct
Ce type de démarrage est réservé aux
moteurs de faible puissance devant
avantage et inconvénients
1.) Avantages
2.) Inconvénients
Le couple de démarrage est important
3.) Comment démarré en direct
Intensité de démarrage important implique:
Simplicité de l'appareillage
chute de tension sur la ligne qui peut portée des
préjudice aux autres usagés de la même ligne
Rapide
Prix peut élevé
Aussi si le couple de décollage du moteur est
élevé.
Appelle en puissance apparente élevée
Puissance du moteur.
On peut démarré en direct si la puissance du
réseau est supérieur à la
FIG. 5.10 Bilan de répartition de la puissance dans un
motasyncronesrone.
tation des enroulements). Cette méthode diminue le temps
de démarrage et la tension d'alimentation.
le couple de démarrage aussi (proportionnel au
carré de la tension d'alimenle couple résistant est faible.
L'intensité de démarrage est divisée par 3, mais 5.10.3
Démarrage étoile - triangle
Ce type de démarrage est réservé aux
machines démarrant à vide ou dont
triphasé. Le montage en étoile et le montage en
triangle.
Pour un branchement en étoile on a:
Branchemétoileoile ou triangle
IL y a deux possibilités de branchement du moteur au
réseau électrique
ligne(I)
La valeur du courant par phase (J) est égale à la
valeur du courant en
I=J
La tension composée (U) est égale à racine
de trois fois la tension simple (V)
Pour un branchement en triangle on a:
du courant par phase (J).
La valeur du courant en ligne (I) est égale à
racine de trois fois la valeur
simple (V).
La valeur de la tension composée (U) est égale
à la valeur de la tension
U=V
|
Réseau / Moteur 127 /220V
|
127 / 220 V Couplage étoile
|
220 / 380 V
Sur tension cou-
|
380 /660V
Sur tension cou-
|
|
220 /380V
380 /660V
|
Couplage triangle Sous tension cou-
|
plage impossible Couplage étoile
Couplage triangle
|
plage impossible sur tension cou-
plage impossible Couplage
triangle
|
|
plage impossible
|
|
|
|
|
|
|
TAB. 5.2Couplage des bobines d'un moteur en fonction du
réseau
FIG. 5.11 couplage des bobines en étoile triangle.
5.11 Puissance d'un moteur asynchrone 5.11.1 Puissance
électrique absorbée:Pa
-U : tension entre deux bornes du moteur -I : l'intensité
en ligne.
5.11.2 pertes par effet joule au stator Pjs
3 2.R.I2
R : résistance entre deux bornes du stator
constantes si le moteur est couplé au réseau.
5.11.3 Perte fer au stator Pfr
Elles ne dépendent que de la tension U et de la
fréquence f et sont donc
5.11.4 Puissance transmise Ptr
Ptr = Pa - Pjs - Pfs
C'est la puissance que reçoit le rotor.
tique résultant de moment Tem.
l'ensemble des forces électromagnétiques se
réduit à un couple
électromagnéÙs:elles glissent sur le rotor qui,
lui, ne tourne qu'à la vitesse . L'action de 5.11.5 Moment du couple
électromagnétique Tem
Les forces qui s'exercent sur les conducteurs du rotor tournent
à la vitesse
Tem = Ptr/Ùs
-Tem en (N.m)
-Ptr en (Watt)
- nsen (rad.s-1)
Ù.IlluicommuniquedonclapuissancemécaniquetotalePM.PM =
TEM ×Ù soit PM = T EM * Ù = Ptr *
Ù/Ùs = Ptr.(1 - g)
5.11.6 Puissance mécanique totale PM
Le couple électromagnétique de moment Tem
entraîne le rotor à la vitesse
PM = Ptr.(1 - g)
Elles ne sont pas mesurables car le rotor est
court-circuité. On les calcule. courants induits.
5.11.7 Pertes par effet joule et pertes dans le fer au
Donc : Pjr + Pfr = Ptr - PM.(1 - g)
Ces pertes représentent la différence entre Ptr et
PM. Elles sont dues aux rotor Pjr et Pf r
= g.Ptr
tr Les pertes fer du rotor sont négligeables.
Pjr = g.P
5.11.8 pertes mécaniques:Pm
PMla vitesse de rotation varie peut en marche normale, ces
Pm = Pu -
pertes sont pratiquement constantes.
généralement constantes, les pertes fer au stator
et les pertes mécaniques le sont aussi.
5.11.9 Pertes collectives:Pc
Ces pertes ne dépendent que de U, f et n. Comme ces
grandeurs sont
Pc = Pfs+Pm
Le couple de perte est une grandeur constante quelle que soit la
vitesse et la charge de la machine.
On définit le couple de perte :Tp =
Pc/Ùs
Rendement : ç = Pu/Pa
5.11.10 Puissance utile:Pu
Couple utile: Tu = Pu/Ù
Puissance utile : P u = PM?P m
= Pu +
vide Tu = 0 implique que P u
5.11.11 Bilan des puissances à vide
Le bilan total, quelque soit la situation, est Pa
Pjs
= 0 × g = 0 implique que Pjr + Pjr + Pc A
= 0
2
Pjs0 = 3 2.RI0
P cà vide sont sensiblement égales aux P
cen charge En simplifiant :Pa0 = Pc
déterminer les pertes collectives.
(les pertes joules à vide sont négligeables). Un
essai à vide permettra de
5.11.12 Point de fonctionnement du moteur en charge
FIG. 5.12 Caractéristique de fonctionnement du moteur en
charge.
5.11.13 Moteur asynchrone monophasé
FIG. 5.13 Moteur asynchrone monophasé.
taines de watts à plusieurs mégawatts est le plus
utilisé de tous les moteurs électriques. Son rapport
coût/puissance est le plus faible.
5.11.14 Utilisation du moteur asynchrone
puissance peuvent fonctionner à vitesse variable dans un
large domaine.
Associés à des onduleurs de tension, les moteurs
asynchrones de forte
Le moteur asynchrone triphasé, dont la puissance varie de
quelques cen-
dicap.
asynchrones n'est pas réglée par un onduleur,
mais ces moteurs possèdent plu- Remarques : en
électroménager (exemple : lave-linge) la vitesse des moteurs
Toutefois l'emploi de ce type de moteur est évité en très
forte puissance sieurs bobinages. Il est alors possible de changer le nombre de
paires de pôles (P">"10"MW) car la consommation de puissance
réactive est alors un han- et donc la vitesse.
5.11.15 Réversibilité
puissance au réseau en fonctionnant en charge.
asynchrone, étant donné que son rotor n'est pas
excité, elle ne peut être
autonome. Mais elle est
réversible dans le sens où elle peut fournir de la
Toutes les machines tournantes sont réversibles. Dans
le cas de la machine si à chaque instant le couple moteur est
supérieur au couple résistant plus 5.11.16 Complément
caractéristiques T
l'inertie du système.
Courbes Tr f(N) et P f(N), voire Figure 5.14 et 5.15
Le démarrage d'un système (charge) par un moteur ne
peut avoir lieu que
= f(n) de quelques
charges
FIG. 5.14 Courbes caractéristiques de différentes
charges.
FIG. 5.15 Courbes caractéristiques de différentes
charges.
menté directement par le réseau triphasé.
Son prix d'achat est moins élevé; 5.11.17 avantages des moteurs
asynchrones
Comparé au moteur shunt, le moteur asynchrone a
l'avantage d'être ali-
entretien : changement de balais.
il est beaucoup plus robuste car il ne nécessite
pratiquement pas d'entretien. En effet le collecteur est un organe
coûteux et fragile qui ne nécessite un Ses deux qualités
fondamentales résultent du fait qu'il n'a pas de collecteur. ces
dernières
mances très médiocres par rapport à
celles du moteur shunt. En effet jusqu'à peut résoudre de
façon satisfaisant, les moteurs asynchrones ont des perfor5.11.18
Inconvénient des moteurs asynchrones
A l'exception du démarrage et de l'inversion du sens de
marche que l'on
Les transformateurs
Chapitre 6
6.1 Intérêt
trois transformateurs monophasés identiques. Mais ces
trois transformateurs et seraient aussi encombrant.
Il est donc plus avantageux d'utiliser un transformateur
triphasé : on gagne
placés dans un volume restreint
présentent des couplages inductifs parasites
Pour changer la tension d'un système triphasé, on
peut fort bien utiliser
en encombrement et en poids.
6.2 Constitution
enroulement primaire et un enroulement secondaire.
surent la fermeture du circuit magnétique. Sur chaque
noyau se trouvent un Les axes des trois noyaux sont dans un même plan,
deux culasses as-
FIG. 6.1 Constitution d'un transformateur.
tion, puisqu'un même flux magnétique (aux fuites
près) est enlacé par tous colonne, c'est à dire les
bobines d'un transformateur monophasé élémentaire. 6.2.1
Equations électriques
les enroulements qu'elle porte.
Chaque colonne se comporte comme un transformateur
monophasé, par construc-
On représente sur un même axe
les enroulements situés sur une même
FIG. 6.2 Bobines dtransformateurteur monophasé
élémentaire.
semble des équations des trois transformateurs-colonnes
qui le composent.
Le fonctionnement d'un dispositif triphasé doit donc
satisfaire à l'en- établir des conventions de signes pour
l'expression des grandeurs primaires règles adoptées lors de
l'étude des transformateurs monophasés, nous pouvons
résultats obtenus pour un montage à deux enroulements:
(V 1et I1) et secondaires (V '
Alors si les trois enroulements ont des nombres de spires n1, n2
et n3 et En considérant le transformateur-colonne ci-dessous et en
utilisant les
des impédances de pertes z1 2et I'
2, V ? 2et I''
= r1 +
équations liant ces grandeurs s'écrivent en
généralisant de façon évidente les
jl1ù, z2 = r2 + jl2ù et z3 = r3 + jl3ù, les
2).
|
V 2 ' = -n2
n1
|
(V1 - z1.I1) - z2.I' 2
|
FIG. 6.3 Transformateur colonne.
|
V'' 2 = -n3 n1
|
(V 1 - z1.I1) - z3.I'' 2
|
n1.I1 + n2.I ' 2 + n3.I'' 2 = n1.I10
primaire VA (Va1 est la d.d.p entre les bornes a1 et x1,
homologue de A et X. comme tensions secondaires les grandeurs Va1 et Va2,
homologues de la tension Ia1 et Ia2 sont choisies pour que les secondaires
soient affectés de la convention des générateurs. Ce qui
donne:
En pratique, compte tenu du mode de représentation
adopté, on prendra
Va1 = -V ' 2 , Ia2 = -I2'' D'où les nouvelles
équations
2, Ia1 = -I' 2, Va2 = -V ''
suivantes:
|
n2
V ' a1 = - (VA - z1.IA) - z2.I' a1 n1
|
|
n3
V ' a2 = -n1
|
(VA - z1.IA) - z3.I' a2
|
n1 (IA1 - IA0 = n2.Ia1n3.Ia2
s'en déduiront au moyen de rotations de #177;2ð/3.
colonneà; dans le cas d'un fonctionnement
triphasé équilibré il suffira de reNB : Le fonctionnement
du transformateur triphasé sera donc décrit par l'en-
présenter les diagrammes vectoriels d'une colonneà; ceux des
autres colonnes semble des diagrammes vectoriels associés aux
équations des trois transformateurs-
6.3 Grandeurs caractéristiques d'un transformateur
triphasé
6.3.1 Fonctionnement nominal
valeurs nominales:
Sur la plaque signalétique d'un transformateur
triphasé, on peut lireâles la puissance apparente utile S2n;
couplage possible
Exemple:
les tensions primaires et secondaires composées, c'est
à dire entre fils indiquera les valeurs nominales des tensions
correspondantes à chaque de ligneà; si le mode de connexion des
enroulements n'est pas fixé on sions normales suivantes:
Cela signifie que les enroulements prévus pour travailler
sous les ten*secondaire : étoile U2Y = 220V; triangle U2nÄ =
127V
*primaire : étoile U1nY = 380V; triangle U1nÄ =
220V
*au primaire: V ' 1n = U1nY/v3 = U'
2n = U2nY /v3 = U'
1n = 220V
*au secondaire: V ' 2n = 127V
valeurs précédentes par:
des intensités des courants secondaires en ligne, qui se
déduisent des *I2nY = S2n/v3.U2nY
*I' 2n = S2n/v3.U' 2n
du facteur de puissance secondaire, valeur du facteur de
puissance de la charge nominale.
définition (toutes deux étoilées ou toutes
deux composées) à vide: 6.3.2 Rapport de transformation
C'est le rapport des valeurs des tensions secondaire et primaire
de même
6.3.3 Indice horaire
aussi pour effet d'introduire un déphasageèentre
les tensions primaires et Les conditions de couplage des enroulements primaires
et secondaires ont
0FIG. 6.4 Transformateur rapport de transformation.
secondairesàiàhomologuesà».
Le transformateur triphasé est
caractérisé par la valeur de ce déphasage qu'il introduit
entre les tensions homologues. En pratique, les valeurs de obtesur son
homologue HT) à ð/6. Ce nombre entier qui peut prendre toute va-
nues sont toujours des multiples de #177;ð/6.
sions homologues HT et BT (par exemple VA et Va),
le vecteur HT pointant l'heure qu'indiquerait une montre à aiguille dont
le cadran porterait deux tensur le nombre 12 tandis que le vecteur BT joue le
rôle de l'aiguille des heures.
La désignation de cette caractéristique provient du
fait qu'elle a pour valeur leur comprise entre 0 et 11 est dit fiàindice
horaireà du transformateur. On se contentera donc d'indiquer le rapport
de (retard d'une tension BT
6.4 Couplage du transformateur
Pour le cas du couplage zigzag chaque noyau porte ainsi deux
demi-enroulements et triangle, le couplage zigzag qu'on peut rencontrer au
niveau du secondaire. appartenant à deux phases différentes.
6.4.1 Principe
L'éventuel déséquilibre d'une phase
secondaire se trouve ainsi mieux réparti
Comme tout récepteur triphasé, on rencontre outre
les couplages étoile
au primaire. Chaque mode de couplage est symbolisé par une
lettre:
triangle : D
zigzag: Z
étoile : Y
6.4.2 Couplages normalisés
Couplage étoile-étoile: (Yy pour un transformateur
abaisseur)
FIG. 6.5 Couplage normalisés couplage
étoile-étoile.
homologues A et a donne:
n2 .VA. Va =n1
L'équation aux tensions du transformateur-colonne
associé aux bornes
I = 0 (puisque =
étoile, 0 indice horaire nul).
0)
=
Remarque : Par permutation des lettres désignant les
extrémités des bo-
bines, le montage Yy permet
d'avoir tout les indices horaires pairs : I 4
lorsque a prend la place de b; I 8 quand a vient en c; I
6,10,2 si a Ce couplage, normalisé, sera désigné par
Yy0 (Y HT en étoile, y BT en remplace respectivement
x,y,z.
abaisseur)
Couplage triangle-étoile : (Dy dans le cas d'un
transformateur
= n2
Le diagramme vectoriel indique que l'indice horaire vaut:
L'équation de la première colonne s'écrit : Va n1 UAB
Uab v3n2
=
UAB n1
m=
I = 11( = -ð/6 = 11).ð/6) De plus on a:
Ce couplage
normalisé sera désigné par : Dy11
Remarque : De la même manière que
FIG. 6.6 Couplage normalisés couplage
triangle-étoile.
les lettres affectées aux extrémités des
bobines.
pour le montage Yy, on pourrait montrer que tous les indices
horaires impairs (1,3,5,7,9,et 11) peuvent être obtenus grâce au
couplage Dy, en permutant Couplage étoile-zigzag (Yz)
FIG. 6.7 Couplage normalisés couplage
étoile-zigzag.
Les équations des transformateurs -colonne sont:
|
n2
Va1 = Va2n1
|
VA
|
et
|
Vb1 = Vb2 = n1 VB
n2
|
et On en déduit la tension étoilée
secondaire Va d.d.p entre iàaà et
iànài:
n2
Va=Va1 - Vb2=n1
n2
Va - n1
n2
Vb=n1
UAB
L'indice horaire est : 11
Va n2 UAB v 3n2
=
Le rapport de transformation est:m = VA n1 VA n1
Remarque:
horaires impairs
Comme le couplage Dy, le couplage Yz permet d'obtenir tous les
indices Ce couplage est symbolisé par : Yz11
relie entre elles une borne BT et la borne HT homologue (par
exemple A et 6.4.3 Détermination de l'indice horaire (méthode des
a. On mesure alors les tensions composées BT (Uab,
mixtes entre borne BT et HT (UaB,
On alimente un coté du transformateur, par exemple le
côté BT et on électriciens)
UaC, UbA, UbB, UbC, UcA,
iàhomologuesài et l'indice horaire.
sions primaire et secondaires et d'en déduire le
déphasage entre deux tensions
UcB et UcC).
Ces mesures permettent de construire les diagrammes vectoriels
des ten-
Ubc et Uca) et les tensions
6.5 Marche en parallèle des transformateurs tri-
phasés
un rendement mauvais. On préfère disposer de
plusieurs transformateurs de un abonné industriel évolue au cours
du temps. Un transformateur unique serait en général
utilisé très en-dessous de son fonctionnement nominal, avec 6.5.1
Principe
moindre puissance en parallèle de telle sorte qu'ils
soient toujours au voisinage
La puissance transmise par une centrale au réseau ou
par un réseau à de leurs conditions nominales de marche.
L'évolution de la consommation entraîne donc une variation du
nombre de puissance mise en service.
tés par un même réseau et leurs secondaires
connectés à une même charge. 6.5.2 Conditions de couplage
en parallèle
Des transformateurs sont en parallèle lorsque leurs
primaires sont alimen-
FIG. 6.8 Transformateurs couplés en
parallèle.
phasés sont connectées deux à deux et
alimentées par une ligne triphasée
a, V '
il apparaît aux secondaire deux systèmes
triphasés de tensions V
Pour que l'on puisse relier deux à deux les bornes
homologues secondaires (a'
Lorsque les bornes homologues primaires de deux transformateurs
tri-
' b , V ' cet
V ''
et a?,b' et b?, c' et
c?) sans que circulent des courants importants, il faut que a , V
b?, V c?.
a = V ?' a , V b ' = V ? ces bornes soient deux à deux au
même potentiel, soit :V
et T bet
V c ' = V c'
?:
On en déduit immédiatement les conditions
nécessaires au couplage de T ' même rapport de transformation;
même indice horaire ou indices horaires compatibles.
formateur en effectuant une permutation des lettres
affectées aux bornes: 6.5.3 Groupes d'indices horaires
En pratique, on a vu qu'il est aisé de modifier l'indice
horaire d'un trans-
formateurs dont les indices horaires diffèrent de
#177;4.
valeur de l'indice horaire. On pourra donc sans
difficulté coupler des trans-
toute permutation entraîne une
augmentation ou une diminution de 4 de la
FIG. 6.9 Couplage de transformateurs.
raient aisément marcher en parallèle.
dice 1(T1 et T2), 5(T3) et 9(T4).
indices : deux transformateurs d'un même groupe et de
même rapport pour-
On définit alors quatre groupes de
transformateurs suivant les valeurs des
La figure 6.9 montre le branchement
en parallèle de transformateurs d'in-
|
Groupe
I
|
Indice
0;4;8
|
Couplages
|
|
II
III
|
2;6;10
1;5;9
|
Yy; Dy; Dz
|
|
IV
|
3;7;11
|
Yy; Dy; Dz
|
|
|
Dy; Yy; Yd
|
|
|
Dy; Yy; Yd
|
TAB. 6.1 Nombre de pôles en fonction de ns
6.6 Transformateurs spéciaux
6.6.1 Autotransformateur
constitué par une partie de l'enroulement HT.
Un autotransformateur est un transformateur dont l'enroulement
BT est
FIG. 6.10 Représentation d'un autotransformateur.
lation galvanique entre le primaire et le secondaire.
NB : L'inconvénient majeur de l'autotransformateur
estâle manque d'iso-
6.6.2 Transformateurs de mesures
comptage de l'énergie en basse tension.
la ligne étudiée et les appareils de mesure des
transformateurs d'intensité
(T.I)ou des transformateurs de tension (T.V). C'est le cas par
exemple du Pour mesurer les fortes intensités et les fortes tensions, on
intercale entre
FIG. 6.11 Transformateur de mesures.
Transformateur d'intensité
tionnelle : I2 = Ki.I1
par les conditions de fonctionnement de la ligne sur laquelle
ce primaire est
connecté et qui fournit au secondaire, dans un
appareil de mesure (ampère-
mètre ou circuit intensité
d'un wattmètre...), un courant d'intensité propor-
Il s'agit d'un transformateur dont l'intensité du courant
primaire est fixée
Transformateur de tension
wattmètre ou d'un compteur d'énergie') sous une
tension : V2
secondaire alimente un appareil de mesure (voltmètre,
circuit tension d'un Son enroulement primaire est alimenté par la
tension à mesurerà; son
= Kv.V1
Conclusion
vie de l'être humain en particulier dans le domaine
industriel, il est impératif de la connaître dans ses moindres
détails; afin d'avoir une énergie électrique ayant une
bonne qualité.
Par conséquent, ce facteur qu'est la qualité est
subordonnée à des conditions Vu l'importance qu'a
l'énergie électrique et sa nécessité dans la vie
dans la
trique.
une tension quelle que soit les aléas des
récepteurs ou (et) du réseau élecproduction, son
transport, sa distribution aux types de récepteurs utilisés. qui
dépendent de plusieurs points variant des techniques utilisées
pour sa tolérance où il est possible de rester dans le respect
des normes techniques La première remarque faite est qu'une
régulation parfaite est irréalisable En effet, la parfaite
maîtrise de ce phénomène nécessite des connaissances
industrielles et sécuritaires qui sont établies.
interviennent dans son utilisation; on ne peut qu'être
dans une marge de
dans la mesure où il est impossible de
maîtriser tous les paramètres qui
Je rappelle que la régulation de la tension est le fait
de maintenir constante
technologiques qui entrent dans la formation d'un
électrotechnicien.
gie générale et professionnelle, les circuits
électriques, bref toutes les matières matique en passant par
l'électrodynamisme, au magnétisme etc; mais aussi des
matières telles que : l'automatisme, les machines électriques, la
technolo-
dans presque tous les domaines de la science de
l'électrostatique, de la ciné-
afin d'avoir une régulation parfaite en valorisant les
recherches à travers les pouvons envisager de créer ou de
développer des techniques ou méthodes suivant une démarche
chronologique écartant ainsi toutes possibilités d'exu-
bérance. En somme, ce sujet impose son plan à
suivre.
des stages de perfectionnement, mettre à leur
disposition la documentation installations, employer un personnel
qualifié tout en permettant d'effectuer Dans le secteur industriel
assurer une maintenance périodique des différentes laboratoires,
les centres de formation, les universités.
Avec un développement exponentiel de
l'électronique de puissance nous
Son étude exige aussi une
jonction étroite des différentes parties, tout en
dégagées ne tiendront compte que sur l'étude
des documents disponibles. nécessaire à l'exécution de
leur travail.
l'étude théorique faite sur la régulation
dans la mesure ou cet étude n'a
porter que sur des documents par
conséquent toutes perspectives et solutions
Le contexte, les
perspectives et solutions dégager ne se basent que sur
Bibliographie
[3? http/
www. edf.fr.
[4? http/
www. AFNOR.fr.
[1? http/
www.fisik.free.fr/index.
php.
[2? http/
www. cficcip.fr.
[5? http/
www.google.fr.
[6? CFPT Sénégal/Japon département
d'électrotechnique.
[10? SENELEC. Rapport 2OO de la SENELEC.
[7? Direction de l ?aménage urbain.
[11?
Cours suivis au CEDT. Cours de machines électriques.
[9? Microsoft Coorporation. Encarta 2006, 2006.
[8? Cahier de l ?ingénieur.
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