[Nonoremontées]

Bonjour,

Je souhaiterais savoir si dans une gare motrice de TSF ou TSD il y a des condensateurs de stockage d'énergie permettant de faciliter le démarrage du moteur de la RM. Si oui, à qui faut-il s'adresser pour avoir des informations sur le fonctionnement?

Merci

Nonoremontées

[dj_jean_jean]

sur le TC8 Crey de la Brive des batteries de condensateur sont présent


au premier plan, les armoires condensateur et derrière l'armoire de protection des condensateurs.

Pour les infos il faudrait demander à un électricien de remontée mécanique.

[cosphi73]

Salut,

ce n'est pas des condensateurs de démarrage mais des batteries de condensateurs pour relever le facteur de puissance, effacer les harmoniques et donc nous éviter de payer des pénalités au fournisseur d'énergie.

Dans ces armoire il y a des condensateur mais aussi des self qui sont autorégulés afin d'obtenir un facteur de puissance aux alentours de 0.90...

[Velro]

Pour ce qui est des RM, on rencontre des batteries de condensateurs principalement dans les deux cas suivants:
1. Pour la compensation du facteur de puissance ("cos phi").
2. Pour le filtrage du circuit intermédiaire en courant continu des variateurs de fréquence.

Comme susmentionné, des batteries de condensateurs sont utilisées pour compenser le facteur de puissance en présence de charges inductives, le but étant de ne pas avoir à payer l'énergie réactive au fournisseur d'électricité. Généralement le consommateur a droit à un pourcentage maximal d'énergie réactive (exprimée en [kVarh]) par rapport à l'énergie active consommée durant la même période de comptabilisation. Les installations de compensation ne font pas office de filtre et ne sont à confondre avec les filtres actifs.
Le fonctionnement d'une compensation centralisée est assez simple: Un régulateur électronique calcule le nombre de gradins de condensateurs à brancher en parallèle avec le réseau, ce en fonction du facteur de puissance (cos phi) désiré. Le cos phi est généralement déterminé par une mesure triphasée de la tension et une mesure monophasée du courant. Donc en fonction du cos phi la commande commutera en parallèle avec le réseau un nombre plus ou moins élevé de groupes de condensateurs (bancs). Pour des raisons de sécurité les condensateurs non connectés au réseau sont déchargés au moyen de résistances (mais mieux vaut vérifier au multimètre avant de metre les doigts dans une compensation). Ces condensateurs ne sont évidemment pas polarisés vu qu'ils sont raccordés au réseau AC, ils sont généralement branchés en triangle et des selfs (inductances) sont placées entre les condensateurs et les contacteurs..

L'énergie stockée dans les installations de compensation de cos phi est très faible et n'est donc d'aucune utilité pour le démarrage. D'ailleurs en raison des temporisations, les gradins sont commutés avec un certain délai. Dans certains cas des systèmes de conduite transmettent un ordre de blocage de compensation instantané afin d'éviter une surcompensation.

Il existe également la compensation directe individuelle par moteur, par contre les compensations centralisées sont plus courantes.


Les condensateurs électrolytiques équipant les circuits intermédiaires en continu des variateurs de fréquence permettent d'une part de lisser la tension redressée et d'autre part de servir de tampon entre le réseau et le ou les onduleurs de sortie générant la tension triphasée de fréquence variable alimentant le (ou les moteurs). Là encore, l'énergie stockée est très faible et ne constitue pas une aide au démarrage.
Dans le cas d'applications multidrives (domaines autres que les RM) on peut avoir une ou plusieurs armoires avec des condensateurs et un circuit intermédiaire en courant continu commun à plusieurs unités onduleurs.
Pour rappel, les variateurs de fréquence sont pourvus d'un système de redresseur qui transforme le courant alternatif du réseau (AC) en courant continu (DC). Le circuit intermédiaire en courant continu alimente à son tour une ou plusieurs unités onduleurs qui générent du courant alternatif de fréquence variable alimentant un moteur (et dans quelques cas particuliers parfois plusieurs moteurs). Les variateurs de fréquence de grande puissance sont équipés d'unités redresseurs et d'unités onduleurs exploitées en parallèle car les courants sont trop élevés pour des unités simples.

Edité pour les coquilles. Chez moi le texte de la fenêtre d'édition est minuscule.

Ce message a été modifié par Velro - 11 juillet 2008 - 10:22 .

[dj_jean_jean]

merci pour toutes ces pressisions.

[rider aussois]

La tangente "phi" ne doit pas dépasser 0.4 au sinon l'exploitant paye une taxe a EDF pour perturbations sur le réseaux et c'est aussi valable dans l'industrie où l'on trouve de grosse machine.

[Velro]

Petite précision concernant la compensation: Le cos phi des entraînements à courant continu est un peu moins bon que celui des grands variateurs de fréquence. Les variateurs de fréquence 4 quadrants régénératifs, c.à.d. capables de réinjecter la puissance résultant du freinage électrique de la charge, aux pertes près évidemment, ont un facteur de puissance assez proche de 1 avec des redresseurs à thyristors.
Dans le cas de redresseurs à IGBT (une famille de transistors de puissance), on peut programmer le cos phi car l'étage redresseur fonctionne également comme onduleur en mode régénératif lorsque le courant est réinjecté au réseau, d'ailleurs pour certains grands variateurs de fréquence avec redresseur à unités IGBT les unités onduleurs à IGBT sont identiques du point de vue constructif ce qui facilite la gestion des pièces de rechange.

Ce message a été modifié par Velro - 11 juillet 2008 - 10:25 .

[Thomas]

lorsque tu dis proche de 1, on constate sur les variteurs Vacon que ce cosinus phi est rigoureusement égal à 1
(Variateurs NXC en armoire) (les 4 variateur utilisé sur les trois appareils Doppelmayr France de 2007 équipés de moteurs asynchrones ABB de 450 kW)


est réellement le cas ou est une approximation d'affichage (l'affichage du cos phi est à 2 décimales et affiche 1,00)

[Velro]

Réponse courte: Dans le cas d'un redresseur d'entrée à IGBT le cos phi d'un variateur de fréquence est très proche de 1 (supérieur à 0.99) car il s'agit d'une grandeur de régulation que l'on peut faire varier selon une valeur consigne que fixe l'utilisateur, enfin, dans le cas des RM c'est paramétrisé lors de la mise en service et après on n'y touche normalement plus. La valeur exacte est sans importance tant que l'on est toujours en-dessous de la limite d'énergie réactive autorisée par le distributeur d'électricité, faute de quoi on paie l'excédent d'énergie réactive consommée.
Il est judicieux de contrôler périodiquement l'état du compteur afin de déceler une éventuel problème de compensation (de façon générale, pour un variateur à redresseur IGBT le cos phis ne va pas se dérégler tout seul, contrairement à une compensation classique qui peut elle tomber en panne).
Un cos phi quasiment unitaire permet également une meilleure exploitation des transformateurs et donc un dimensionnement plus serré, les détails dépendent toutefois du cas d'application. Les variateurs à redresseur IGBT ont parfois la désignation complémentaire "Active Front End", "Low Harmonic" etc., ces variateurs générent le niveau de perturbation réseau le plus bas comparé aux variateurs de fréquence équipés d'autres types de redresseurs d'entrée.

Réponse plus détaillée:
D'abord une petite digression sur les mesures de grandeurs analogiques:
Le cos phi étant une valeur analogique il n'est jamais rigoureusement unitaire excepté lors d'un instant infiniment petit lors du passage de l'inductif au capacitif et vice versa. La mesure de courant se fait généralement au moyen de TIs (transformateurs de courant), seule une mesure monophasée de courant et une mesure triphasée de tension sont requises, lorsque l'on mesure le courant de chacune des trois phases c'est pour des mesures d'énergie, les dispositifs de protection (surintensité, voire défaut de terre etc.), régulations etc., donc comme dans toute mesure il y a une certaine incertitude (donc des tolérances par rapport à la valeur réelle).
Depuis l'avènement des afficheurs digitaux (dits numériques en bon français) on a tendance à se fier aveuglément aux données affichées. En électrotechnique pratique, une précision de l'ordre de 1 à 2% est souvent suffisante, d'ailleurs les appareils de mesure sont classés dans des classes de précision, on trouve les indications dans les catalogues de fabricants. Il faut se méfier du nombre de digits. ll y a des mutlimètres bas de gamme dont les 2 derniers digits ne sont pas fiables...
L'afficheur digital est lui en général assez précis, par contre la source générant le signal de mesure analogique (p.ex. TI, sonde de température Pt100, transformateur de mesure de tension pour la moyenne ou haute tension etc.) ne l'est pas forcément.

Dans le cas que tu cites, le cos phi est calculé par le système commande à microprocesseurs qui gère le variateur. Pour assurer un fonctionnement correct il y a de toute façon des mesures de tension et de courant, et comme tout est digital le cos phi est simplement calcué en temps réel sur la base des mesures de tensions et de courant.

Comme je l'avais mentionné, il existe plusieurs types de redresseurs d'entrée pour les variateurs de fréquence:
1. Pont de diodes (redresseur non régénératif, donc pas de puissance transférée en retour au réseau lors d'un freinage électrique, seul un freinage électrique trés limité avec dissipation de l'énergie dans des résistances de freinage est possible).
2. Pont à thyristors (redresseur contrôlé pouvant être régénératif).
3. Pont à IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor, un type de transistor de puissance). Les redresseurs IGBT peuvent fonctionner en mode régénératif pour autant que le logiciel de commande le permette.

Au-delà du type de pont même il existe également des variantes par rapport au nombre de phases (redresseurs 6 pulses, 12 pulses, 18 pulses etc.) mais le plus courant est le raccordement triphasé, donc un redressage à 6 pulses. Un nombre de phases plus élevé (6, 9...) permet de réduire les ondulations (ripple) côté circuit intermédiaire continu et de diminuer les perturbations réseau, par contre l'infrastructure d'alimentation est compliquée car il faut alimenter le variateur avec des transformateurs spéciaux afin de disposer d'un multiple de trois phases avec le bon déphasage (et les raccorder correctement car le couplage des transfos est assez inhabituel).

Le redresseur IGBT fonctionne comme redresseur contrôlé lorsqu'il alimente le circuit intermédiaire courant continu, contrairement à un redresseur conventionnel, si nécessaire, il permet d'ailleurs de "booster" (augmenter) la tension du circuit intermédiaire dans certaines limites. En mode régénératif, c.à.d. lors du freinage électrique, p.ex. lorsque qu'un TPH descend avec une cabine descendante plus lourde que la cabine montante ou lors d'un arrêt avec freinage électrique, le redresseur IGBT fonctionne comme un onduleur et permet ainsi de retourner une très grande partie de l'énergie de freinage au réseau.

L'avantage principal du redresseur IGBT (ou plus précisément "unité d'alimentation/réinjection") réside dans le niveau très bas des perturbations réinjectées au réseau. De plus, le facteur de puissance peut être ajusté et il est indépendant tant du quadrant (entraînant (moteur) ou freinant (générateur) que du couple fourni par le moteur (que ce soit à vide ou en surcharge temporaire). Les seuls désavantages de l'unité d'alimentation sont le prix et, dans une certaine mesure, une robustesse un peu moindre comparé aux redresseurs à thyristors (les thyristors sont également utilisés dans les variateurs courant continu, ce qui explique leur robustesse, les thyristors et GTOs existaient déjà avant les IGBTs).

Si, comme dans le cas que tu cites, le facteur de puissance (cos phi) est quasiment unitaire, il n'est pas nécessaire de prévoir de compensation en amont du variateur.

Une compensation en aval (c.à.d. en sortie) d'un variateur de fréquence ou d'un démarreur électronique doit impérativement être évitée. Une éventuelle compensation en amont (c.à.d. côté alimentation) d'équipement électronique de puissance doit être conçue de façon à ne pas créer de phénomènes d'oscillations gênants (résonance etc.) ni de surtensions excessives lors de la commutation des bancs de condensateurs. Il existe d'ailleurs des compensations à commutation électronique des condensateurs (thyristors en commutation au passage à zéro et non en découpage de phase).

Pour ce qui est des perturbations réseau, c'est un problème assez complexe qui dépend non seulement du variateur et des filtres mêmes mais également des conditions de raccordement (impédance du réseau etc.), des conditions de câblage (ne pas utiliser des câbles traditionnels 3LPE mais plutôt des câbles à construction symétrique avec blindage circonférenciel voire avec trois conducteurs de PE disposés de façon symétrique entre les phase) ainsi que du moteur etc. En pratique on ne peut pas toujours respecter de façon stricte les normes, p.ex. si dans une station de TPH on a un petit restaurant alimenté par un même transformateur que l'entraînement principal. Lors des constructions nouvelles on peut souvent installer un transfo séparé, par contre lors de retrofits ce n'est souvent pas possible.

Voilà, une réponse un peu plus longue que prévue et qui aurait également sa place dans la discussion sur les variateurs de fréquence.

Edition:
Mise à jour partielle.

Ce message a été modifié par Velro - 11 juillet 2008 - 10:12 .

[Velro]

Petite mise à jour mineure du message ci-dessus.

Voici encore quelques précisions:
Un variateur de fréquence avec redresseur (unité d'alimentation) IGBT peut être exploité en mode régénératif pour autant que le logiciel de commande le permette. Certains fabricants proposent des variantes non régénératives pour des raisons commerciales (donc freinage électrique conventionnel avec dissipation dans des résistances avec hacheur de courant (chopper) au niveau du circuit intermédiaire en courant continu). Du point de vue technique il s'agit de variateurs régénératifs dont on a simplement inhibé la fonction régénérative dans le logiciel de commande. Comme les onduleurs de sortie modernes sont de toute façon à IGBT ils permettent toujours de réinjecteur la puissance en retour dans le circuit intermédiaire, par contre seuls les redresseurs à thyristors ou à IGBT permettent de retourner de l'énergie au réseau électrique lors du freinage.

Les variateurs de fréquence avec redresseur (unité d'alimentation) IGBT présentent la particularité de permettre l'ajustement du facteur de puissance, même lorsque le moteur est à l'arrêt. Dans les limites du dimensionnement physique du variateur, il est possible de remplacer une compensation conventionnelle en donnant une valeur consigne analogique de facteur de puissance capactive (et non unitaire), pour ce faire il faut mesurer le cos phi côté réseau (à ne pas confondre avec la mesure interne du cos phi du variateur!) et transmettre cette valeur au variateur de fréquence (entrée analogique ou par liaison communication sérielle, normalement un bus de terrain), le variateur peut alors réguler le cos phi comme le ferait une compensation traditionnelle. Ce n'est évidemment pas le but premier d'un variateur de fréquence mais cela peut parfois s'avérer utile. A noter que la fonction de compensation est liée uniquement à l'unité d'entrée à IGBT, l'onduleur de sortie alimentant le moteur ne joue aucun rôle et pourrait théoriquement même être déconnecté du circuit intermédiaire.

Dernier détail: On ne compense bien sûr que la fondamentale et non les harmoniques.

Voilà. La réponse est évidemment assez technique mais je pense que c'était intéressant de donner quelques précisions car c'est un sujet pas forcément très connu.

Ce message a été modifié par Velro - 11 juillet 2008 - 10:09 .