[Thomas]

Dans la poursuite de la volonté de tous d'orienter le forum vers des problématiques techniques, et suite à un regain d'intérêt pour ces notions, voici créé un espace d'échange ou chacun pourra présenter, commenter et débattre des différents calculs et démarches visant à réaliser le dimensionnement d'un appareil (Pylône, tensions, puissances à installer...).

Comme cela a été dit, le forum étant un lieu d'échange pour tous, chacun sera libre d'évoquer des notions du niveau technique/scientifique qu'il souhaite.

La question d'origine est, ici, de savoir quels moyens adopter pour calculer la puissance électrique. On constate bien vite que dimensionner un moteur ne peut se faire sans avoir une connaissance globale de l'appareil (tension, ligne...)...

[mb7084]

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Ce message a été modifié par mb7084 - 08 mai 2012 - 23:56 .

[mb7084]

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Ce message a été modifié par mb7084 - 08 mai 2012 - 23:56 .

[Velro]

Quelqu'un pourait-il mentionner comment EDF facture la puissance de pointe et les coûts d'abonnements ainsi que les [kWh] pour les RM?

En Suisse, il y a tellement de changements ces temps qu'il faudrait vérifier concrètement pour un distributeur donné car les tarifs sont devenus assez compliqués.

Pour les unités, l'abréviation du watt est [W], ont peut donc avoir des [kW], [kWh] etc. Le k est le préfixe pour kilo, [K] l'abréviation du kelvin. Un [KW] serait un kelvin x watt, ce qui n'a pas de sens, du moins pas dans des calculs de physique habituels.

La puissance mécanique ou électrique avec un circuit purement résistif (cos phi = 1) s'exprime en [W].
La puissance électrique pour un circuit non purement résistif s'exprime en [VA] (volt x ampère). Pour simplifier pour les non techniques, mais formellement parlant, c'est faux, on peut souvent assimiler 1 [VA] à 1 [W]. Donc p.ex., pour simplifier on peut dire qu'un transfo de 1000 [kVA] permet de fournir une puissance de 1000 [kW] (ce qui est vrai si on y raccorde une charge résistive de 1000 [kW]).
La puissance en sortie d'arbre d'un moteur électrique est exprimée en [W] car il s'agt d'une puissance mécanique (couple x vitesse de rotation) et non électrique.


Edité pour cet addendum:

Le cos phi n'est formellement définissable que dans le cas de charges linéaires (tensions et courants sinusoïdaux, éventuellement déphasés). En présence d'harmoniques on peut avoir une puissance réactive bien que le cos phi ne soit pas en soi pas calculable vu que les formes d'ondes ne sont plus sinusoïdales. Les compteurs et autres appareils de mesure de puissances et d'énergie numériques modernes sont capables sont capables d'effectuer des mesure TRMS (True RMS) tenant compte des harmoniques jusqu'à un certain ordre. Les détails sont mentionnés dans les spécifications techniques de ces appareils.

Donc la composante de puissance réactive peut comprendre aussi bien une part due au déphasage (part des charges linéaires non puremement résistives) qu'une part due aux harmoniques (part des charges non linéaires).

Ce message a été modifié par Velro - 20 mars 2009 - 20:04 .

[Velro]

st baldoph, le 17 03 2009, 22:55, dit :

je lis : "les moteurs sont parfois surdimensionnés pour des raisons de standardisation"
les moteurs sont toujours surdimensionnés, notamment pour être certain qu'ils pourront démarrer l'installation,
compte tenu des incertitudes, de frottement, par exemple.
le couple maxi et les capacités de refroidissement sont, aussi, dimensionnants.

Si c'est moi qui ait écrit la citation, je me suis mal exprimé.

Prenons un exemple de calcul de dimensionnement aboutissant à un moteur asynchrone de 661 [kW] à 1491 [1/mn], valeur tenant compte de toutes les réserves calculatoires pour garantir le démarrage de la RM dans le cas le plus défavorable y.c. une certaine marge de sécurité. Dans ce cas, on choisira un moteur de 710 [kW] car le modèle du catalogue ABB (comme exemple) de taille inférieure (630 [kW], même hauteur d'axe 400 [mm]) serait sous-dimensionné. On ne va en principe pas faire bobiner un moteur spécial de 661 [kW] surtout que les différences de rendement sont minimes. C'est dans ce sens qu'il fallait comprendre la notion de "surdimensionnement pour raisons de standardisation".


Le rendement d'un moteur courant continu tient compte de l'excitation, mais non de la puissance de la ventilation forcée.
Le rendement d'un moteur asynchrone ne tient pas compte de la puissance de la ventilation forcée car la version de base d'un moteur asynchrone est autoventilée. La ventilation forcée est requise notamment lorsque le moteur est exploité à basse vitesse avec variateur de fréquence car à ce moment le ventilateur monté sur l'arbre ne tourne plus suffisamment vite pour débiter suffisamment d'air.

La puissance nominale d'excitation d'un moteur courant continu de puissance à l'arbre de sortie donnée dépend du fabricant et de la vitesse de rotation nominale. A puissance à l'arbre de sortie égale, l'excitation est un peu moins élevée pour un moteur rapide qu'un moteur lent.
Comme ordre de grandeur approximatif: Pour un moteur DC de 200 à 400 [kW] env., la puissance pour l'excitation se situe dans les 3 à 4 [kW]. Pour env. 1000 [kW] dans les 7 à 9 [kW], les chiffres exacts dépendent des constructeurs, là j'ai me suis basé sur la doc Siemens car je l'avais sous le yeux. La tension d'excitation nominale dans les exemples donnés est de 310 [V] et ne dépend pas de la puissance du moteur. Le courant d'excitation est simplement un courant continu. Parfois on fait varier la tension d'excitaion, notamment pour l'affaiblissement de champ qui permet d'augmenter un peu la vitesse du moteur sans devoir augmenter la tension d'induit (en respectant les courbes définissant l'enveloppe de puissance admissible sinon le moteur surchauffe).

Edité:
Correction (souligné dans le texte).

L'affaiblissement de champ est parfois appelée "désexcitation", il convient de souligner qu'il s'agit uniquement d'une réduction du courant d'excitation. Si on coupait l'excitation, le moteur à vide s'emballerait, ce qui pourrait entraîner sa destruction, raison pour laquelle il y a des sécurités coupant l'alimentation de l'induit en cas de perte d'excitation accidentelle. Dans certains cas on surveille séparément le courant min. et max. dans le circuit d'excitation.

Ce message a été modifié par Velro - 20 mars 2009 - 20:13 .

[Greg°]

Il était bon de souligner que la consommation électrique dépendait de nombreux paramètres.

Pour le jeu, je te conseille de prendre les données de st baldoph... en agissant sur le paramètre "kWh lié à la fréquentation".

Peux-tu me préciser, st baldoph, ce que tu veux exprimer pour "I" dans ta formule lié à l'Inertie ?
Je suppose que tu as voulu exprimer un temps d'arrêt... ? 40 minutes c'est un peu long tout de même

Ce message a été modifié par pissaillas - 18 mars 2009 - 14:48 .

[Thor]

Difficile de déterminer une facture EDF d'une station... Comme expliqué plus haut, Une facture industrielle EDF ne contient pas que l'énergie active (P en kW) comme pour tout citoyen ,mais aussi, L'énergie réactive (Q en VAR) est aussi facturée.

P=V I cos phi
Q=V I sin phi

Phi est l'angle de déphasage entre U et I représenté dans un plan imaginaire.

L'énergie réactive est facturée de novembre à mars si Tangente Phi est supérieur à 0.4. J'ai trouvé le kVARh à 1.73€. Une facture EDF avec une Tan Phi non maitrisée peut être autrement plus lourde que la simple facturation du kW.

On peut maitriser la tan phi pour diminuer (voir supprimer) le coût de la puissance réactive. Il faut par exemple ajouter des condensateurs sur son réseau electrique pour réduire le déphasage. Donc en gros, le coût dépent autant de la puissance de l'appareil, du déphase de ses composants que du réseau electrique de la station.

Conclusion, c'est bien difficile de donner une valeur moyenne "réaliste".

Thor

[Velro]

Pour se faire une idée en grossière approximation, pour un TS fixe ou débrayabe il suffit de connaître le débit horaire, le poids d'un passager et la dénivellation.

Nombre de personnes transportées par heure x Masse par personne en [kg] x Intensité du champ de gravitation supposé isotrope en [m/s2] x Dénivellation en [m] / 3'600'000 = Puissance nette théorique en [kW].
Il faut alors multiplier cette puissance par env. 2 pour avoir une idée de la puissance nominale du moteur.

Pour l'exemple de st baldoph, on trouverait 192 [kW], donc env. 384 [kW] de puissance du moteur, ce qui semble assez réaliste.
Attention, en pratique les calculs sont beaucoup plus complexes mais cela donne déjà un ordre de grandeur pour la motorisation.

Le rendement d'un réducteur moderne de RM se situe aux alentours de 90 à 95 [%] environ, là encore il s'agit d'un ordre de grandeur pour donner une idée car le rendement effectif dépend du rapport de réduction, de détails constructifs et d'autres facteurs divers tels p.ex. la lubrification, la température de fonctionnement, l'état d'usure ainsi que de la vitesse etc.


Edité ponctuation.

Ce message a été modifié par Velro - 20 mars 2009 - 20:14 .

[Velro]

@Thor:
Avec une installation conçue et exploitée correctement il n'y a aucune raison de payer des [kVarh] (notés aussi [kVArh]) au fournisseur. Il est dans l'intérêt tant du fournisseur d'énergie que de l'abonné de compenser correctement les circuits inductifs.

Avec une RM équipée d'un variateur de fréquence à unité d'alimentation à IGBT on peut accessoirement utiliser ce variateur de fréquence comme compensation de cos phi, ce même à l'arrêt de la RM pour autant que le variateur soit alimenté. Il est donc inutile de prévoir une compensation du cos phi pour les services auxiliaires.

[Velro]

pissaillas, le 18 03 2009, 11:25, dit :

Peux-tu me préciser, st baldoph, ce que tu veux exprimer pour "I" dans ta formule lié à l'Inertie ?
Je suppose que tu as voulu exprimer un temps d'arrêt... ? 40 minutes c'est un peu long tout de même

C'est mentionné où? J'ai dû manquer quelque chose.

L'inertie rapportée à l'arbre du moteur joue un rôle pour calculer les accélérations et les freinages, voire d'éventuelles simulations d'oscillations etc. En régime stationnaire (vitesse constante) l'inertie ne joue aucun rôle.

Les performances de freinage électrique et mécanique (valeurs min. et max.) sont régies par les règlements et normes. Comme le freinage électrique est de courte durée on peut momentanément surcharger aussi bien le moteur que le variateur (et le réducteur). Il faut surtout vérifier pour le variateur car les semiconducteurs de puissance ont une constante de temps thermique courte et donc une capacité de surcharge thermique très limitée. Le cas échéant on surdimensionne un peu le variateur. Techniquement parlant, le variateur est bien protégé contre les surcharges par son propre système de commande interne, il déclenchera simplement en cas de surcharge excessive. Ce qu'il apprécie nettement moins ce sont les courts-circuits (p.ex. en sortie ou en cas de défaillance avec court-circuit d'un condensateur électrolytique du circuit intermédiaire à courant continu).


Edité: Orthographe.

Ce message a été modifié par Velro - 20 mars 2009 - 20:19 .

[Greg°]

L'inertie rapportée à l'arbre du moteur joue un rôle pour calculer les accélérations et les freinages voire d'éventuelles simulations d'oscillations etc. En régime stationnaire (vitesse constante) l'inertie ne joue aucun rôle.

Bien sur ! C'est pour ça que je parle de temps d'arrêt... ou devrais-je dire d'accélération ou décélération.
A vitesse constante, I de l'induit est l'image du couple Moteur.

Ce message a été modifié par pissaillas - 18 mars 2009 - 17:12 .

[mb7084]

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Ce message a été modifié par mb7084 - 08 mai 2012 - 23:57 .

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[Velro]

Cela dépend de que l'on comprend exactement par "sous-dimensionner".

Je prends un exemple de cas d'application fictif où les calculs aboutissent à un moteur asynchrone 4 pôles d'une puissance de 582 [kW] à 1490 [1/mn]. Dans ce cas on aura p.ex. le choix entre un moteur de hauteur d'axe (ou d'arbre) 355 [mm] de 560 [kW] ou un moteur de 630 [kW] avec une hauteur d'axe de 400 [mm]. Simplement le moteur de 630 [kW] pèse 700 [kg] de plus et la différence de prix n'est pas proportionnelle à la différence de puissance.
Dans ce cas il sera peut-être judicieux de se repencher sur les calculs pour déterminer si le moteur de 560 [kW] sera approprié ou non.

Pour un TS, la puissance du moteur est maximale lors du freinage électrique dans les conditions les plus défavorables, sinon c'est lors du démarrage et la phase d'accélération dans le cas de charge le plus défavorable (brin montant chargé, brin descendant vide, tension du câble maximale etc.). En pratique, le TS pourra effectuer un certain nombre de démarrages ou de freinages électriques dans un intervalle de temps donné et si ce nombre est dépassé le moteur et/ou le variateur de fréquence seront surchargés (je ne parle plus de variateurs à courant continu). Pour le dimensionnement, on prend en considération les conditions d'exploitation probables pour l'installation en question (tous les cas de charge possibles, en prenant en considération les plages de tension du câble etc.) en tenant compte d'une marge de sécurité, mais en fin de compte le dimensionnement n'est pas une science exacte car une partie des décisions sont empiriques et là l'expérience joue un rôle important.

Si le redémarrage n'est plus possible c'est simplement une grossière erreur de conception (ou une volonté d'économie excessive, p.ex. pour remporter un marché).

Ce message a été modifié par Velro - 19 mars 2009 - 17:35 .

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[Velro]

Ce serait plus simple si quelqu'un pouvait poster un exemple de calcul de ligne concret sans mentionner la RM. C'est n'est pas bien secret car tout le monde calcule avec des méthodes similaires.

A mon avis il faut avant tout connaître les forces d'appui (y.c. en compression). Après il s'agit d'estimer les frottements au niveau des stations (entraînements divers, et, surtout, le moment requis pour imprimer au câble le rayon de courbure au niveau des poulies motrice et de renvoi). Pour les balanciers l'angle de déviation par galet est tellement faible que la force d'appui est certainement suffisante comme paramètre pour le calcul de l'entraînement.

Sinon quelqu'un pourrait mentionner la puissance requise pour faire tourner le câble 1) à vide, 2) avec les sièges vides et 3) brin montant en pleine charge.

A vue d'oeil, je dirais que la puissance requise pour le câble à vide (donc sans sièges) à vitesse nominale dépasse les 100 [kW] pour un grand TSD. Les sièges vides ne doivent eux pas requérir une puissance supplémentaire très élevée. Mais là ce ne sont que des estimations, il faudrait voir des exemples de calcul.