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ÉLECTRICITÉ CHARGEURS - ONDULEURS - ASI MANUEL DE FORMATION Cours EXP-MN-SE090-

ÉLECTRICITÉ CHARGEURS - ONDULEURS - ASI MANUEL DE FORMATION Cours EXP-MN-SE090-FR Révision 0 Formation Exploitation Électricité Chargeurs – Onduleurs - ASI Manuel de formation EXP-MN-SE090-FR Dernière révision: 26/11/2008 Page 2 de 192 ÉLECTRICITÉ CHARGEURS - ONDULEURS - ASI SOMMAIRE 1. OBJECTIFS.....................................................................................................................7 2. LES BASES – RAPPEL...................................................................................................8 2.1. INTRODUCTION.......................................................................................................8 2.2. LES COMPOSANTS DE BASE – RAPPEL ..............................................................9 2.2.1. Diode...............................................................................................................10 2.2.1.1. Analyse de la caractéristique d’une diode..................................................11 2.2.1.2. Paramètre de choix d’une diode.................................................................12 2.2.1.3. Mesure et vérification d’une Diode.............................................................12 2.2.2. Thyristor ..........................................................................................................13 2.2.2.1. Constitution et fonctionnement du thyristor ................................................14 2.2.2.2. Conditions d'amorçage...............................................................................15 2.2.2.3. Condition de blocage .................................................................................15 2.2.2.4. Protection contre les di/dt...........................................................................15 2.2.2.5. Protection contre les dv/dt..........................................................................16 2.2.2.6. Protection contre les courts-circuits ...........................................................16 2.2.2.7. Spécifications techniques...........................................................................16 2.2.2.8. Mesure et vérification d’un thyristor............................................................17 2.2.3. Le thyristor GTO (Gate Turn Off thyristor).......................................................18 2.2.4. Le transistor.....................................................................................................19 2.2.5. L’IGBT .............................................................................................................19 2.2.6. Le transistor MOS ...........................................................................................20 2.2.7. Condensateur..................................................................................................21 2.2.7.1. Principaux types de condensateurs utilisés en redressement....................21 2.2.7.2. Maintenance des condensateurs électrochimiques....................................23 2.2.7.3. Fonctionnement .........................................................................................23 2.2.7.4. Mesure et vérification d’un condensateur...................................................24 2.2.8. Inductance.......................................................................................................25 3. REDRESSEUR – CHARGEUR DE BATTERIES...........................................................27 3.1. DIFFERENCE / FONCTION / ROLE.......................................................................27 3.1.1. Redresseur......................................................................................................27 3.1.2. Chargeur de batteries......................................................................................27 3.2. REDRESSEMENT NON COMMANDE ...................................................................27 3.2.1. Redressement monophasé simple alternance ................................................28 3.2.2. Redressement monophasé double alternance a pont de Graetz ....................30 3.2.3. Redressement triphasée simple alternance ....................................................31 3.2.4. Redressement triphasée double alternance....................................................33 3.2.5. Conclusion sur les différents types de redressement non commandé ............36 3.3. REDRESSEMENT COMMANDE ............................................................................38 3.3.1. Redressement commandé simple alternance monophasé..............................38 3.3.2. Redressement commandé monophasé double alternance .............................40 3.3.2.1. Pont mixte ..................................................................................................40 Formation Exploitation Électricité Chargeurs – Onduleurs - ASI Manuel de formation EXP-MN-SE090-FR Dernière révision: 26/11/2008 Page 3 de 192 3.3.2.2. Pont tout thyristor ou complet sans diode roue libre ..................................41 3.3.3. Redressement commandé triphasé simple alternance....................................44 3.3.4. Redressement triphasé double alternance......................................................45 3.4. FILTRAGE DU REDRESSEMENT..........................................................................46 3.4.1. Lissage / Filtrage par condensateur ................................................................46 3.4.2. Lissage / Filtrage par inductance.....................................................................48 3.4.3. Lissage / Filtrage mixte condensateur et inductance.......................................49 4. LE CHARGEUR ET LES DIFFERENTS MODES DE CHARGE....................................50 4.1. LE CHARGEUR DE BATTERIE..............................................................................50 4.1.1. Description et principe de fonctionnement.......................................................50 4.1.2. Système mixte.................................................................................................52 4.1.3. Modes de fonctionnement ...............................................................................53 4.1.3.1. Mode Floating ............................................................................................54 4.1.3.2. Mode panne d’alimentation CA ..................................................................54 4.1.3.3. Mode charge et alimentation de charge .....................................................55 4.1.3.4. Groupe de batteries ...................................................................................55 4.1.3.5. Ventilation et extraction..............................................................................55 4.2. COMMENT CHARGER ACCUMULATEURS OU BATTERIES ..............................56 4.2.1. Charge des batteries plomb acide...................................................................56 4.2.1.1. Charge des batteries au plomb en 2 étapes...............................................58 4.2.1.2. Charge des batteries au plomb en 3 étapes...............................................58 4.2.2. Charge des batteries nickel-cadmium .............................................................59 4.2.2.1. Charge normale .........................................................................................59 4.2.2.2. Charge accélérée.......................................................................................60 4.2.2.3. Charge rapide ............................................................................................60 4.2.2.4. Charge permanente ...................................................................................61 4.2.2.5. Courant de maintien...................................................................................61 4.2.2.6. Méthode industrielle de charge ..................................................................61 4.2.3. Charge des batteries nickel métal hydrure ......................................................62 4.2.4. Charge des piles au lithium .............................................................................64 4.2.5. Charge des piles alcalines...............................................................................66 4.2.6. Pic delta-dV/dt - dV .........................................................................................67 5. ONDULEUR...................................................................................................................69 5.1. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT.......................................................................69 5.1.1. Interrupteurs....................................................................................................69 5.1.2. Montages pratiques.........................................................................................70 5.1.3. Les différents types d’onduleurs......................................................................71 5.1.3.1. Mutateur (ou onduleur à commande symétrique).......................................71 5.1.3.2. Onduleur en créneaux (ou onduleur à commande décalée) ......................73 5.1.3.3. Onduleur MLI .............................................................................................73 5.2. ONDULEUR TRIPHASE .........................................................................................75 5.3. APPLICATION-ONDULEUR SUR SITE..................................................................77 5.3.1.1. Presentation...............................................................................................77 5.3.2. Principle of operation.......................................................................................78 6. A.S.I...............................................................................................................................80 6.1. LES ASI POUR ALIMENTATION CA......................................................................80 6.1.1. Synchronisation ASI ........................................................................................81 6.1.2. Principe de fonctionnement suivant les configurations....................................82 Formation Exploitation Électricité Chargeurs – Onduleurs - ASI Manuel de formation EXP-MN-SE090-FR Dernière révision: 26/11/2008 Page 4 de 192 6.1.2.1. Fonctionnement en marche normale..........................................................83 6.1.2.2. Panne de l’alimentation CA principale (normale) .......................................84 6.1.2.3. Alimentation de réserve (secours) en ligne ................................................84 6.1.2.4. Mode By-pass ou en Maintenance.............................................................85 6.1.3. L’interrupteur statique......................................................................................85 6.1.4. Opération de maintenance et de by-pass........................................................87 7. PROTECTIONS DES ONDULEURS ET ASI.................................................................91 7.1. LES SCHEMAS DE LIAISON DU NEUTRE A LA TERRE EN BT...........................91 7.1.1. Description ......................................................................................................91 7.1.2. En pratique......................................................................................................92 7.1.2.1. Neutre à la terre -TT- (a) ............................................................................93 7.1.2.2. Mise au neutre (TN) ...................................................................................94 7.1.2.3. Neutre isolé (IT) et impédant......................................................................94 7.2. PRINCIPALES CONFIGURATIONS OU TYPES D’ASI..........................................95 7.2.1. ASI double conversion (ASI dite « ON-LINE ») ...............................................95 7.2.2. ASI fonctionnant en interaction directe avec le réseau....................................96 7.2.3. ASI fonctionnant en attente passive ................................................................97 7.2.4. Associations d’ASI...........................................................................................98 7.2.4.1. ASI mises en parallèle ...............................................................................98 7.2.4.2. ASI en redondance passive .......................................................................99 7.2.5. Spécificités liées aux différents types d’ASI ....................................................99 7.2.6. Contraintes particulières................................................................................100 7.2.6.1. Présence d’isolement galvanique dans une ASI ......................................100 7.2.6.2. Exigence de continuité de service............................................................101 7.3. PROTECTION CONTRE LES CONTACTS DIRECTS..........................................101 7.4. PROTECTION CONTRE LES CONTACTS INDIRECTS......................................102 7.4.1. Choix du schéma des liaisons à la terre en aval de l’ASI ..............................102 7.4.2. Lorsque le SLT en amont de l’ASI est en TN-C.............................................103 7.4.3. Lorsque le SLT en aval de l’ASI est différent du SLT en amont ....................103 7.4.4. Lorsque les SLT en amont et en aval de l’ASI sont identiques......................104 7.4.4.1. Les schémas amont et aval sont TN-C ....................................................104 7.4.4.2. Les schémas amont et aval sont TN-S, TT ou IT.....................................104 7.4.5. Précision sur mesure de protection par coupure automatique de l’alimentation ................................................................................................................................105 7.4.5.1. Deux recommandations pratiques............................................................106 7.4.5.2. Cas particulier des ASI de faible puissance connectées au réseau normal par prise de courant ..............................................................................................106 7.4.6. Protection contre les retours de tension en entrée........................................107 7.5. APPLICATION ......................................................................................................107 7.5.1. Application aux ASI unitaires.........................................................................107 7.5.1.1. Les schémas de liaison à la terre en amont et en aval sont différents.....107 7.5.1.2. Les schémas de liaison à la terre en amont et en aval sont identiques, et il n’y a pas d’isolement galvanique. .........................................................................115 7.5.1.3. Cas des ASI de petite puissance raccordées par prise............................118 7.5.2. Application aux ASI mises en parallèle..........................................................118 7.5.2.1. Schémas de liaison à la terre en amont et en aval des ASI différents .....118 7.5.2.2. Les schémas de liaison à la terre en amont et en aval sont identiques, et il n’y a pas d’isolement galvanique ..........................................................................124 Formation Exploitation Électricité Chargeurs – Onduleurs - ASI Manuel de formation EXP-MN-SE090-FR Dernière révision: 26/11/2008 Page 5 de 192 7.5.3. Application aux STS ......................................................................................126 7.5.3.1. Principe et difficulté ..................................................................................126 7.5.3.2. Les schémas amont et aval sont différents ..............................................127 7.5.3.3. Les schémas amont et aval sont identiques.............................................131 7.6. PROTECTION CONTRE LES CONTACTS INDIRECTS POUR LES CIRCUITS CC ET LA BATTERIE.........................................................................................................135 7.6.1. Dispositifs de contrôle des circuits CC ..........................................................135 7.6.1.1. Les contrôleurs permanents d’isolement..................................................136 7.6.1.2. Les dispositifs différentiels à courant résiduel (DDR)...............................137 7.6.1.3. Perturbations dues aux filtres...................................................................139 7.6.1.4. Perturbations dues aux courants de fuite haute fréquence - HF -............140 7.6.1.5. Interaction entre les dispositifs de contrôle des circuits CC et ceux des installations amont et aval.....................................................................................140 7.6.2. Principaux cas d’application ..........................................................................141 7.6.2.1. Circuits CC isolés des installations amont et aval....................................142 7.6.2.2. Circuits CC non isolés de l’installation amont...........................................142 7.6.2.3. Circuits CC non isolés de l’installation aval..............................................144 7.6.2.4. Circuits CC non isolés des installations amont et aval .............................148 7.7. CONCLUSION ......................................................................................................151 8. CONVERTISSEURS VARIATEURS DEMARREURS ...............................................152 8.1. INTRODUCTION - CONVERTISSEURS ..............................................................152 8.2. HISTORIQUE ET RAPPEL ...................................................................................152 8.2.1. Historique ......................................................................................................152 8.2.2. Principales fonctions démarreurs et variateurs de vitesse électroniques ......153 8.2.2.1. Accélération contrôlée..............................................................................153 8.2.2.2. Variation de vitesse..................................................................................153 8.2.2.3. Régulation de vitesse...............................................................................154 8.2.2.4. Décélération contrôlée .............................................................................154 8.2.2.5. Inversion du sens de marche ...................................................................155 8.2.2.6. Freinage d’arrêt........................................................................................155 8.2.2.7. Protections intégrées ...............................................................................155 8.3. LES PRINCIPAUX TYPE DE FONCTIONNEMENT..............................................156 8.3.1. Variateur unidirectionnel................................................................................157 8.3.2. Variateur bidirectionnel..................................................................................158 8.3.3. Fonctionnement à couple constant................................................................158 8.3.4. Fonctionnement à couple variable.................................................................158 8.3.5. Fonctionnement à puissance constante ........................................................159 8.4. LES PRINCIPAUX TYPES DE VARIATEURS ......................................................160 8.4.1. Redresseur contrôlé pour moteur à courant continu .....................................160 8.4.2. Convertisseur de fréquence pour moteur asynchrone...................................160 8.4.3. Gradateur de tension pour le démarrage des moteurs asynchrones.............161 8.5. STRUCTURE DEMARREURS ET VARIATEURS ELECTRONIQUES.................162 8.5.1. Le module de contrôle...................................................................................162 8.5.2. Le module de puissance................................................................................163 8.6. VARIATEURS REGULATEURS POUR MOTEURS COURANT CONTINU .........163 8.6.1. Principe général ............................................................................................163 8.6.1.1. Régulation................................................................................................164 8.6.1.2. Inversion du sens de marche et freinage par récupération ......................165 Formation Exploitation Électricité Chargeurs – Onduleurs - ASI Manuel de formation EXP-MN-SE090-FR Dernière révision: 26/11/2008 Page 6 de 192 8.6.2. Modes de fonctionnement possibles (moteurs CC).......................................165 8.6.2.1. Fonctionnement dit à « couple constant »................................................165 8.6.2.2. Fonctionnement dit à « puissance constante » ........................................166 8.7. CONVERTISSEUR DE FREQUENCE POUR MOTEUR ASYNCHRONE............166 8.7.1. Principe général ............................................................................................166 8.7.1.1. Constitution ..............................................................................................166 8.7.1.2. La variation de vitesse .............................................................................168 8.7.1.3. Les protections intégrées .........................................................................168 8.7.2. Fonctionnement en U/f ..................................................................................169 8.7.3. Commande vectorielle...................................................................................169 8.7.3.1. Variateur avec contrôle vectoriel de flux sans capteur .............................172 8.7.3.2. Variateur avec contrôle vectoriel de flux en boucle fermée avec capteur 172 8.7.3.3. Inversion du sens de marche et freinage .................................................175 8.7.3.4. Freinage de ralentissement par injection de courant continu ...................176 8.7.3.5. Les modes de fonctionnement possibles (moteurs asynchrones)............176 8.7.4. Gradateur de tension pour moteur asynchrone.............................................177 8.7.4.1. Principe général .......................................................................................178 8.7.4.2. Inversion du sens de marche et freinage .................................................179 8.7.4.3. Freinage de ralentissement par injection de courant continu ...................180 8.7.5. Moto - variateurs synchrones ........................................................................180 8.7.5.1. Principe général .......................................................................................180 8.7.5.2. Le moteur.................................................................................................180 8.7.5.3. Le variateur ..............................................................................................180 8.7.6. Moto - variateurs pas-à-pas...........................................................................181 8.7.6.1. Principe général .......................................................................................181 8.7.6.2. Le moteur.................................................................................................182 8.7.6.3. Le variateur ..............................................................................................182 8.8. FONCTIONS COMPLEMENTAIRES DES VARIATEURS DE VITESSE..............183 8.8.1. Les possibilités de dialogue...........................................................................183 8.8.2. Les fonctions intégrées (exemple ATV).........................................................184 8.8.3. Les cartes optionnelles (exemple ATV).........................................................185 9. GLOSSARY.................................................................................................................186 10. FIGURES...................................................................................................................187 11. TABLES.....................................................................................................................192 Formation Exploitation Électricité Chargeurs – Onduleurs - ASI Manuel de formation EXP-MN-SE090-FR Dernière révision: 26/11/2008 Page 7 de 192 1. OBJECTIFS A la fin du cours, le participant sera capable de: Lister, exposer les caractéristiques principales des uploads/Management/ exp-mn-se090-fr-r0-chargeurs-onduleurs-asi.pdf