Absorption sinus Problmatique Certains rcepteurs absorbent des courants

Absorption sinus Problématique Certains récepteurs absorbent des courants très déformés et donc ne respectent pas la norme CEI 61000 -3 -2, Quelles solutions permettent de respecter la norme ? Après le Grenelle de l’Environnement, la décision de l’arrêt de la fabrication des lampes à incandescence va peut-être entraîner des conséquences sur la fabrication des lampes à économie d’énergie : lesquelles ? Savoir : H Qualité de l’énergie électrique H-4 Absorption sinusoïdale (niveau 2) Objectif : Connaître le schéma de principe et l’intérêt de l’absorption sinusoïdale 1

Absorption sinus Classification des appareils d’après la norme CEI 61000 -3 -2 La norme CEI 61000 -3 -2 impose des limites des harmoniques de courant à tous les matériels appelant un courant inférieur ou égal à 16 A par phase exceptés les matériels de puissance inférieure à 50 W. Classe A Appareils triphasés et appareils monophasés qui n’appartiennent pas aux classes B , C, D Classe B Outils portatifs et variateurs pour lampe halogène Classe C Appareils d’éclairage Classe D Appareils dont l’onde de courant entre dans le profil ci-dessus (puissance comprise entre 50 W et 600 W 2

Absorption sinus Limite des harmoniques des appareils d’après la norme CEI 61000 -3 -2 3

Absorption sinus Tension aux bornes des tubes 43 k. Hz au lieu des 50 Hz 4

Absorption sinus ordinateur Lampe à économie Tube fluo à ballast magnétique Tube fluo à Ballast électronique 5

Absorption sinus Allure des tensions et courants ordinateur Lampe éco Fluo magnétique Fluo électronique 6

Absorption sinus En vous aidant du tableau de mesures et de vos connaissances antérieures répondre aux questions ci dessous : La tension du réseau est sinusoïdale, quelle grandeur est représentée par le vecteur « courant » sur chaque diagramme vectoriel ? Qu’est ce que « Fp » pour ce logiciel ? Qu’est ce que le « cosφ » quel indice doit-on lui ajouter ? Quels éléments ont un comportement capacitif ? 7

Absorption sinus Rappeler la définition de la puissance active dans le cas ou le récepteur n’absorbe pas un courant parfaitement sinusoïdal et avec les données, calculer la valeur efficace du fondamental if = i 1 du courant de la lampe Calculer le rapport du courant If/I pour cette lampe Supposons que cette lampe (ou beaucoup de ces lampes) soit alimentée par des câbles de résistance R, exprimer les pertes par effet Joule p dans cette résistance et exprimer ces pertes p’ si le courant n’était pas pollué (donc égal à i 1) parfaitement sinusoïdal, faites le rapport de ces puissances et conclure sur un des inconvénients des harmoniques A partir du spectre projeté au tableau et du tableau de la norme sur les appareils de classe D, Est ce que l’ordinateur respecte la norme ? 8

Absorption sinus Tableau des harmoniques pour les appareils de classe D 9

Absorption sinus Tableau des harmoniques de l’alimentation d’un ordinateur Le courant a été multiplié par 5 10

Absorption sinus Harmoniques du courant absorbé par l’ordinateur et normes à respecter Le courant a été multiplié par 5 11

Absorption sinus Le premier étage de nombreux appareils électroniques est constitué d’un pont à diodes et un condensateur : 12

Absorption sinus Que nous impose la norme CEI 61000 -3 -2 Notre problématique nous impose un courant ie(t) le plus sinusoïdal possible L’idéal serait : ve(t) =Vmax sin(ωt) et ie(t) = Donc : P= Q= D= k=Fp= 13

Absorption sinus Si on veut ie sinusoïdal, comment doit être i sortie de pont noté ired Conclusion : l’idéal serait donc 14

Absorption sinus le principe du montage à absorption sinus est le suivant : Dans ce montage la tension Uc = cste doit toujours être supérieure à Vemax Le transistor et la diode réalise un appelé aussi convertisseur boost mais la tension d’entrée de ce hacheur n’est pas constante : c’est la tension uredresseur= ured= Dans ce montage, soit le transistor est passant la diode est bloquée ou soit le transistor est bloqué et la diode est passante 15

Absorption sinus Simulation du montage 16

Absorption sinus Simulation du montage 17

Absorption sinus Allure de ured et ired 18

Absorption sinus Allure de ured et ired • L divisée par deux 19

Absorption sinus Allure de ured et ired • Action proportionnelle x 4 20

Absorption sinus Allure de ured et ired • Pas d’action intégrale 21

Absorption sinus Allure de ured et ired • On double la fréquence de hachage 22

Absorption sinus Simulation du montage • • • La sortie de la régulation commande la variation du rapport cyclique α du hacheur parallèle. Que constate-t-on au début de chaque demi alternance ? Il existe un temps « mort » un temps où le courant a des difficultés à suivre le courant de consigne Si on divise la valeur de l’inductance L par deux : Ce temps mort est plus court et i est plus sinusoïdal. Le choix de L est sûrement primordial. Si on multiplie par 4 l’action proportionnelle : Les ondulations de ired diminue (l’action P permet d’être plus arrivé à la consigne) Si on élimine l’action intégrale (Ti très grand): Le courant n’a plus l’allure souhaitée ; l’action intégrale permet de se rapprocher de la consigne elle diminue l’écart comme l’action P Si on augmente la fréquence de hachage : Les ondulations de ired diminuent également ce qui était prévisible 23

Absorption sinus Allure de uréseau et i réseau = « isinus » 24

Absorption sinus Montage de simulation de l’absorption sinus 25

Absorption sinus Explication de l’allure du courant ired 26

Absorption sinus Montage avec boucle de courant et boucle de tension 27

Absorption sinus Simulation avec boucle de courant et boucle de tension 28

Absorption sinus Circuit pour tube fluorescent à absorption sinus Circuit électronique spécialisé 29

Absorption sinus Circuit pour tube fluorescent à absorption sinus gradable (dimming) Circuit électronique spécialisé 30

Absorption sinus Ballast électronique pour tube fluorescent à absorption sinus 31

Absorption sinus Circuit spécialisé UC 3853 « UNITRODE » 32

Absorption sinus Retour à la problématique Pour respecter la norme CEI 61000 -3 -2 sur les appareils absorbant un courant de moins de 16 A : Il faudra rendre les courants absorbés par les appareils électroniques, les ordinateurs…. le plus sinusoïdaux possibles: En fait tous les appareils qui pour l’instant sont constitués d’un pont à diodes suivi d’un filtrage par condensateur Les appareils à « absorption sinus » utilisent la MLI (PWM). Ils nécessitent donc un filtre CEM (RFI) pour les rendre compatibles éléctromagnétiquement avec leur entourage. Les alimentations d’ordinateurs (250 à 500 VA) commencent à utiliser ce procédé, qui sera dans un très proche avenir, généralisé à tous les PC Les lampes à économie d’énergie ont en général une puissance inférieure à 50 W, et donc ne sont pas concernées par la norme. Pour l’instant, les fabricants de ces lampes ne se soucient pas de la pointe d’intensité. Ces pointes seront peutêtre problématiques quand il ne restera que celles-ci sur le marché. Les tubes fluorescents sont des tubes identiques à ceux des lampes à économie d’énergie mais de puissance plus forte donc les constructeurs ne proposeront bientôt plus que des ballasts électroniques (à absorption sinus 33 et parfois gradable)

Absorption sinus Petit calcul de retour sur investissement Exercice n° 1 Un supermarché change tous les ballasts de ses tubes de 2 x 58 W, le remplacement de chaque ballast main d’œuvre comprise lui coûte 45 € (30€ prix du ballast électronique +15€ prix de la main d’oeuvre) quel est le temps de retour sur investissement si chaque tube est alimenté de 6 heures du matin à 23 heures le soir et que le k. Wh vaut 0, 07€ abonnement compris. (on utilisera les puissances du tableau de la page 2)(réponse : 1145 jours un peu plus de trois ans) Exercice n° 2 Un foyer consomme environ 3600 k. Wh/par an (sans le chauffage) dont 30% pour l’éclairage quelle sera l’économie journalière d’énergie si les 60 000 de Français (15 000 foyers) passent à l’éclairage à lampe économique sachant qu’on divise par 5 la puissance de chaque lampe. (réponse : 35 500 000 k. Wh par jour, on peut économiser une puissance installée de 1, 5 MW). Exercice n° 3 On a relevé le spectre d’un courant Quels harmoniques sont présents et en quel pourcentage Vérifier la valeur du THD 34

Absorption sinus Fonctionnement du tube fluorescent 35

Absorption sinus Fonctionnement du tube fluorescent • • • Les atomes Le tube est rempli de gaz rare (argon, néon. . . ) et de vapeurs de mercure. Les électrodes en tungstène, placées aux extrémités du tube, chauffent et émettent des électrons. Ces électrons en se déplaçant d'une électrode à l'autre, heurtent les atomes de mercure et leur communiquent une énergie de mercure libèrent ensuite cette énergie sous forme de rayonnement ultraviolet. Cette lumière est transformée en lumière visible proche du blanc, par la couche fluorescente qui tapisse la surface interne du tube. La fluorescence est la propriété que possèdent certaines molécules (appelées fluorochromes ou fluorophores) d'absorber la lumière à certaines longueurs d'ondes correspondant à une certaine couleur et de réémettre une lumière à une autre longueur d'onde correspondant à une autre couleur. Ces molécules, à l'état de repos, absorbent l'énergie émise par une source lumineuse et gagnent un niveau d'énergie supérieur en faisant passer un électron d'une couche à une autre. L'électron va ensuite rapidement regagner son niveau original et libérer l'énergie acquise sous forme de lumière. Il existe un grand choix de fluorochromes, avec des spectres d'excitation et d'émission variés. Le starter est un petit tube rempli de gaz, muni d'un contact (bilame). Lors de la mise sous tension, il s'amorce. L'arc électrique produit échauffe le bilame qui se déforme : le contact se ferme et l'arc électrique disparaît. Cette phase permet le préchauffage des électrodes du tube. Au bout d'une seconde environ, le bilame a refroidi et le contact s'ouvre, coupant ainsi le courant du circuit. Le ballast magnétique crée alors une surtension qui amorce le tube. La tension aux bornes du tube diminue et rend impossible l'amorçage du starter jusqu'à la prochaine mise sous tension. Le ballast magnétique permet : – de produire la surtension nécessaire à l'amorçage du tube – de limiter l'intensité de l'arc lorsque le tube est amorcé 36