Energie Plus Le Site

Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.

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Category Archives: Electricité

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Phénomènes électromagnétiques et harmoniques des variateurs de vitesse

Phénomènes électromagnétiques et harmoniques des variateurs de vitesse

Phénomènes électromagnétiques

On appelle bruit électromagnétique, tous les phénomènes électriques qui influencent un appareil ou l’homme. À l’inverse un appareil peut être source de bruit électromagnétique vis à vis d’autres appareils (et l’homme dans tout cela ? C’est un autre débat).

Les bruits électromagnétiques naturels les plus connus sont, par exemple, la foudre, le champ magnétique terrestre, …; on ne peut pas les éviter, mais du moins les atténuer. Il en va de même pour les perturbations électromagnétiques artificielles provoquées la présence d’appareils électriques et se propageant dans l’air et dans les câbles électriques comme, par exemple, l’allumage des bougies de moteur de voiture qui perturbe votre émission de radio favorite. Des effets plus sérieux peuvent engendrer des dommages importants (microcoupures des ordinateurs entraînant des « plantages » du disque dur par exemple).

Bruit électromagnétique.

Le Marquage CE

En Belgique un Arrêté Royal a été publié au Moniteur le 24/06/94 (dernière publication le 12/12/01) pour la transposition de la Directive Européenne 89/336/CEE concernant la compatibilité électromagnétique des appareils électriques mis sur le marché en Europe. On utilise le terme international CEM (Compatibilité Electro Magnétique) pour les perturbations radioélectriques et pour signaler l’aptitude d’un appareil à combattre les bruits électromagnétiques ou à limiter son émission vers l’environnement.

Le marquage CE donne les garanties nécessaires à la conformité avec la directive CEM.

Voie de propagation

Un variateur de vitesse émet un bruit électromagnétique sous forme d’interférences :

  • basses fréquences dans les câbles du réseau électriques,
  • hautes fréquences dans l’air (10 kHz à 1 GHz).

Couplage

Le couplage, qu’il soit galvanique, capacitif ou inductif, représente le passage d’une perturbation d’un appareil émetteur vers un appareil récepteur. Il varie selon la conception ou la configuration des circuits électriques en présence.

Perturbation

Les variateurs de vitesse, de part la présence de composants électroniques commutant à hautes fréquences variables en leur sein, créent des distorsions des courants et des tensions à leur bornes d’entrée. Ces distorsions se propagent sur le réseau et induisent dans les autres appareils branchés sur le même réseau des distorsions du signal sinusoïdal et des consommations accrue de courant; on parle d’harmoniques.

Les harmoniques générées par les variateurs vitesse sont essentiellement de rang 5, 7, 11, 13, 17 et 19 (250, 350, 550 Hz, …).

Pour limiter les harmoniques et, par conséquent respecter la norme EN 61 000 (concernant le poids admissible des harmoniques de différents rangs par rapport à la fondamentale de fréquence f = 50 Hz), les variateurs de vitesse sont équipés de filtres au niveau du circuit intermédiaire.

Le graphique suivant montre que le placement de filtres dans le circuit intermédiaire du variateur de fréquence réduit d’un facteur 2 les harmoniques dans le circuit d’entrée.

Bruit électromagnétique.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Auto-excitation des moteurs asynchrones

Auto-excitation des moteurs asynchrones

Lorsqu’un moteur entraîne une charge de grande inertie et qu’il y a coupure de la tension d’alimentation, il peut continuer à tourner en utilisant l’énergie cinétique du système. La présence de batteries de condensateurs peut alors entraîner son « auto-excitation », c’est-à-dire lui fournir l’énergie réactive nécessaire à son fonctionnement en génératrice asynchrone.

Cette auto-excitation provoque des surtensions qui peuvent être considérablement supérieures à la tension du réseau.

Compensation individuelle des moteurs asynchrones

Dans tous les cas où une batterie de condensateurs est installée aux bornes d’un moteur, il y a lieu de s’assurer que la puissance de la batterie de condensateurs est inférieure à la puissance nécessaire à l’auto-excitation du moteur.

Dans toute installation comportant des moteurs à grande inertie et des batteries de condensateurs, l’appareillage de commande des batteries devra être conçu de telle sorte qu’en cas de manque général de tension, aucune liaison électrique ne subsiste entre ces moteurs et les condensateurs.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Circuit électrique : notions de base

Circuit électrique : notions de base

Courant continu et courant alternatif

Le circuit le plus simple que l’on puisse représenter consiste en une source de tension U (pile, dynamo, …) et un récepteur passif R (lampe, résistance chauffante, … ).

Une charge électrique s’écoule à travers la section du conducteur. L’intensité de ce courant s’exprime en ampères.

La source de tension fournit l’énergie nécessaire au maintien du courant. Cette tension se mesure en volts.

Si la tension U fournie par la source est constante, un courant constant I s’écoule : c’est un circuit à courant continu.

Schéma du principe du circuit à courant continu.

Si la tension U fournie par la source varie suivant une loi sinusoïdale, un courant sinusoïdal (lui aussi) s’établit : c’est un circuit à courant alternatif. Alternatif, parce que le courant va traverser le récepteur alternativement dans un sens et puis dans l’autre.

Schéma du principe du circuit à courant alternatif.

La fréquence du réseau européen est de 50 Hz, contre 60 Hz aux USA.

Représentation vectorielle du courant alternatif

La tension alternative s’exprime par la loi :

u(t) = Umax. sin ωt

avec, ω = 2 x π x fréquence = 2 x 3,14 x 50 = 314 [rad/sec]

Suivant le type de récepteur, le courant engendré peut être soit en phase (en synchronisme) avec la tension, soit déphasé en avance ou en retard par rapport à la tension. Autrement dit, lorsque la tension est maximum, le courant ne l’est pas forcément !

Schéma de la représentation vectorielle du courant alternatif.

Dans l’exemple ci-dessus le courant est en retard sur la tension d’un angle phi de 60°. C’est l’effet de l’inductance présente dans le circuit.

Pour représenter simplement courant et tension en alternatif, il suffit de représenter son amplitude et sa phase, puisque la fréquence de 50 Hz est constante. C’est exactement l’information donnée par le diagramme vectoriel.

Schéma du diagramme vectoriel.

Les différentes impédances : résistance, inductance, condensateur

Résistance

Un filament de lampe, le fil chauffant d’un grille-pain ou d’un chauffage électrique d’appoint, … constituent des résistances R pures. Toute l’énergie fournie par la source s’y trouve entièrement convertie en chaleur. On parle de chauffage par Effet Joule.

Une résistance freine, s’oppose au passage du courant. L’importance de ce frein est mesurée en Ohms (Ω).

Dans ce type d’impédance, le courant engendré est toujours en phase avec la tension. De là, la représentation vectorielle reprise ci-dessous :

Schéma du principe de résistance.

Inductance

Une bobine de fil conducteur constitue une inductance, encore appelée « self » ou « réactance inductive ». On la rencontre dans les moteurs (bobinages), dans les ballasts des tubes fluorescents, … Cette bobine réagit constamment aux variations du courant qui la traverse, suite à un phénomène magnétique. Si cette bobine ( considérée comme une self pure) est soumise à un courant continu, elle n’aura aucun effet sur celui-ci. Si par contre on veut lui faire passer du courant d’intensité variable (c’est le cas dans les circuits alternatifs), elle va réagir en opposant une résistance au passage du courant.

L’importance de ce frein est mesurée par la valeur de l’inductance L, exprimée en Henry.

Ce type d’impédance aura un deuxième effet sur le courant : une bobine retarde le courant par rapport à la tension. On dit qu’elle déphase le courant. Ainsi, une inductance pure verra son courant déphasé de 90° en retard sur la tension.

Voici la représentation vectorielle de cette propriété :

  Schéma du principe d'inductance.

Condensateur

Un condensateur, encore appelé « capacité » ou « réactance capacitive », est un réservoir de charges électriques. Si on le soumet à la tension d’un générateur, il va accumuler des charges. Ces charges seront restituées au réseau lorsque la tension d’alimentation diminuera. S’il s’agit d’une tension alternative, le condensateur se charge et se décharge au rythme de la fréquence alternative…

La valeur d’un condensateur C est exprimée en Farad.

Ce type d’impédance aura également un effet de déphasage du courant par rapport à la tension, mais cette fois le courant est déphasé en avance de 90° sur la tension.

Voici la représentation vectorielle de cette propriété :

  Schéma du principe de condensateur.

Loi d’Ohm

La loi d’Ohm, loi de base de tout circuit électrique, est basée sur la logique :

Effet = Cause / Frein

L’effet (le courant) sera d’autant plus important que la cause est élevée (la tension) et que le frein est faible (la résistance).

De là, la relation appliquée aux circuits résistifs :

I = U / R
1 ampère = 1 volt/1 ohm

Et ses sœurs jumelles :

U = R x I
1 volt = 1 ohm x 1 ampère

R = U/I
1 ohm = 1 volt/1 ampère

Exemple : une tension de 220 volts qui alimente une résistance de 10 ohms génère un courant de 22 ampères.

Association de résistances en série et en parallèle

Les réseaux sont souvent composés d’association de récepteurs, dont les plus fréquents sont donnés ci-dessous :

  

Lorsque des résistances sont placées en série, leur résistance totale est donnée par la somme de toutes les résistances :

Rtot = R1 + R2 + R3

Lorsque des résistances sont placées en parallèle, leur résistance totale est donnée par la relation :

1 / Rtot = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3

Exemple

Soit 4 lampes de 100 ohms et un générateur de 220 volts.

Montage en série

Schéma du principe du montage en série.

Chacune ayant une résistance de 100 ohms, elles vont engendrer une résistance totale de 400 ohms, si elles sont placées en série.
Le courant qui va les traverser sera de :

I = U / R = 220 / 400 = 0,55 ampère.

Chacune d’entre-elles sera soumise à une tension de

U = I x R = 0,55 x 100 = 55 volts.

La puissance développée par chaque lampe sera de

P = U x I = 55 x 0,55 = 30,25 watts

Montage en parallèle

Schéma du principe du montage en parallèle.

Ces mêmes lampes placées en parallèle engendreront une résistance globale de

Rtot = 1/(1/100 + 1/100 + 1/100 + 1/100) = 25 ohms.

Le courant total délivré par la source sera de :

I = U / R = 220 / 25 = 8,8 ampères.

Chaque lampe sera soumise à une tension de 220 Volts, et sera traversée par un courant de

I = U / R = 220 / 100 = 2,2 ampères.

La puissance développée par chaque lampe sera de :

P = U x I = 220 x 2,2 = 484 watts

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