Chapitre3 :
Conception électrique
3. Conception électrique
Introduction
Dans ce troisième chapitre, nous débuterons par le dimensionnement des différents composants utilisés pour la réalisation du banc, nous poursuivrons en donnant un schéma du circuit de puissance et pour finir par un schéma du circuit de commande de notre banc d’essai.
3.1. Dimensionnement
Tous les matériels électriques sont régis par les normes en vigueur. Leur choix s’effectue en tenant compte notamment des conditions d’alimentations et des caractéristiques d’environnement.
3.1.1. Choix des convertisseurs statiques
3.1.1.1. Convertisseur statique du moteur traction
La tension disponible étant alternative sinusoïdale triphasée 380V, le convertisseur électromécanique étant une machine a courant continu a excitation série, nous avons choisi comme convertisseur statique pour commander ce dernier : un Redresseur PD3 tout thyristors.
Le choix du pont PD3 se justifie par l’importance de la valeur moyenne que la tension de sortie peut atteindre, et le facteur de puissance au secondaire du transformateur qui l’alimente. Il fournit une tension redressée moins ondulée que le pont monophasé. En outre, il est dans ce cas de puissance moyenne, moins couteux qu’un pont mixte, et plus facile à commander.
Vu que le cahier des charges n’impose pas un fonctionnement dans deux sens de rotation, le redresseur choisi sera unidirectionnel, et le changement du sens se fera en passant par l’arrêt et en inversant les bornes de l’induit.
Le choix du convertisseur à thyristors se présente essentiellement au coup faible de ces semi-conducteurs, et notamment les avantages que présente le tableau ci après, par rapport à l’IGBT :
| Avantages des thyristors | Avantages des IGBT | |
| Technique de commutation | ·livrable pour la plupart ·faibles pertes à l’état passant | ·fréquence de commutation élevée ·faibles pertes de commutation ·pas de circuits de protection ·commande de gâchette intégrée |
| Commutation de puissance | ·sûreté contre les défaillances graves | ·plus petit nombre de composant à tension plus basse |
| Equipement | ·fiabilité éprouvée ·compacité | ·configuration modulaire |
Tableau 3 : Comparaison thyristor-IGBT pour le redressement
a. Etude du redresseur PD3 tout thyristors
Figure 18 : montage redresseur PD3
Le pont est composé de six semi-conducteurs associés en un commutateur positif et un commutateur négatif.
De même, on déduit les intervalles de conduction des thyristors lors du tracé d’e1, e2, e3, tensions d’entrées du redresseur, déphasées de 120° l’une par rapport à l’autre. Les allures des tensions s’obtiennent par le raisonnement suivant :
Les thyristors d’une même branche sont amorcés avec un décalage de π.
Ceux d’un même commutateur sont amorcés par un système d’impulsions déphasées de 2 π/3.
Chaque T/6, un thyristor est amorcé, dans l’ordre suivant : T1, T3’, T2, T1’, T3, T2’.
Allure des courants et tensions
Figure 19 : tensions et courants à la sortie du redresseur triphasé
En variant l’angle d’amorçage, on peut varier la valeur moyenne de la tension de sortie, et donc varier la vitesse rotation de la machine à courant continu.
Calcul des grandeurs caractéristiques
Valeur moyenne de la tension de sortie
La valeur moyenne de la tension de sortie en fonction de l’angle d’amorçage se calcule comme suite :
Apres le groupement des termes en sinus, nous obtenons :
D’après ce résultat, le redresseur, alimenté sous une tension de 380v triphasée, nous aurons en sortie, pour une valeur maximale de la tension moyenne, Ucmax=515v. Le redresseur choisit devrait donc être capable de fournir cette valeur.
Valeurs moyennes et efficaces des courants
Les valeurs sont les mêmes que pour le pont à diodes, nous aurons alors pour une valeur du courant dans la charge de 750A (1.2In) :
-Le courant moyen dans un bras s’écrit : (soit 250A);
–La valeur efficace du courant est alors : (soit 435A);
-Le courant au secondaire du transformateur est : (soit 612A) ;
Le transformateur d’entrée de l’atelier étant suffisamment puissant (800KVA), le redresseur devrait donc être capable de fournir un courant de 750A, soit 20%de la valeur du courant nominal du moteur le plus utilisé.
Facteur de puissance
De avec et, on tire
Soit donc,
Tension inverse maximale
La tension inverse maximale que peut supporter un thyristor est :
Pour E=220v, nous aurons 539v.
b. choix de l’inductance de lissage
Le courant de sortie du convertisseur subit des variations de dérivée positive puis négative, ceci de façon périodique. La bobine, de résistance faible, permet de lisser le courant sans consommer ni tension ni puissance moyennes, afin d’éviter un échauffement du moteur.
Etant donné que le cahier des charges n’impose pas un facteur de forme restreint pour l’alimentation, nous n’insisterons pas davantage sur le calcul de l’inductance .Néanmoins, la norme CEI 660289 sur les bobines de lissage prévoit le calcul suivant, pour un pont PD3 tout thyristors :
Dans notre cas, Uc=515V, pour un courant du moteur de 750A maximum. La valeur de l’inductance L1 serait donc de 65mh ; cette inductance devrait aussi supporter la puissance maximale de 310Kw qui lui sera transitée.
c. choix du thyristor et de ses protections
Symbole
Figure 20 : symbole du thyristor
conditions d’amorçage
tension anode-cathode positive et suffisante Vak > 0.
courant de gâchette suffisant Ig>Ig(max) catalogue.Ig(max) est donc la valeur minimale à prendre en compte pour le dimensionnement de la résistance de gâchette
courant principal Iak supérieur au courant d’accrochage Il (latching current): Iak > Il.
Dans ce cas, où le thyristor pilote une charge fortement inductive, le courant principal s’établit lentement, le courant de gâchette doit être maintenu pendant un temps suffisant (impulsion longue).
conditions de blocage
courant principal inférieur au courant de maintien Iak < Ih (holding current), pendant un temps supérieur au temps de désamorçage tq.
Lorsque le thyristor fonctionne en courant redressé, son blocage est naturel (à chaque période).
Choix du composant
Le critère de choix d’un thyristor dépend de plusieurs facteurs. En se plaçant dans le cas le plus défavorable, cas ou le pont est assimilé à un pont de diode, nous insisterons sur les contraintes suivantes :
Courant moyen à l’état passant : valeur moyenne du courant dans le thyristor (dans notre cas,, où 1.1 est le coefficient de répartition entre les deux thyristors du même bras).
Tension inverse de pointe répétitive (dans notre cas, 539v).
Courant efficace par thyristor (soit).
Pour satisfaire ces valeurs, les six thyristors seront de type TK3006 dans un boitier de type TO93.En outre les contraintes suivantes seront aussi à prendre en considération pour la série choisie:
Courant direct de pointe de surcharge accidentelle (10ms) :5000A.
Courant de la gâchette pour l’amorçage : 200mA.
Temps d’amorçage et de désamorçage.
Tension directe de crête : 1.6V.
Les contraintes étant satisfaisantes, nous retiendrons la série choisie.
Choix du dissipateur
Pour choisir le dissipateur, les caractéristiques suivantes du TK 3006 seront prises en considération :
Température ambiante moyenne maximale (30°C).
Température de jonction maximale () : 125°C.
Température maximale du boitier: 80°C.
La puissance à dissiper ; elle se met sous la forme suivante :
(Nous aurons donc, ou I0 est le courant direct moyen du TK3006).
La résistance thermique boîtier-radiateur : pour déterminer cette valeur il faudrait faire le calcul suivant :
calcul de la résistance thermique jonction- air :
.
calcul de la résistance thermique dissipateur-air ambiant :
.
Où est la résistance thermique boitier-dissipateur, et la résistance thermique jonction-boitier.
En conclusion, ayant les valeurs ci-dessus, nous conviendrons avec le choix d’un profil WR 250 ventilé à 5m/s.
Choix des protections
Au début de l’amorçage du thyristor, seule une petite partie de la jonction est conductrice. Si la vitesse de croissance du courant principal est trop importante, elle peut entraîner des densités de courant énormes qui vont détruire le composant. La protection contre ces variations brusques d’intensités sera assurée par la partie commande. Néanmoins, nous placerons un sectionneur porte fusible et un disjoncteur en amont du convertisseur, dont le choix sera justifié ci après.
En outre, si la tension anode-cathode augmente trop rapidement, elle peut entraîner un amorçage intempestif du thyristor (sans signal de gâchette). Pour neutraliser ce phénomène, on utilise le circuit suivant :
Figure 21 : protection du thyristor contre les dv/dt
Lorsqu’un front raide se présente entre les points A et B, le condensateur se charge. La tension Vak évolue plus lentement (comme aux bornes du condensateur). La résistance R intervient lors de l’amorçage commandé et limite le courant de décharge du condensateur dans le thyristor (di/dt). Ce circuit présente aussi l’avantage d’un amorçage plus facile du thyristor, la décharge du condensateur permettant un établissement plus rapide du courant d’accrochage.
D’après la valeur efficace du courant dans le thyristor calculé ci haut, nous choisirons une résistance de 15 ohms, 5watts, et une boite de condensateur de 0.7µF, 1.6Volts.
d. Résumé
Le redresseur triphasé fournira une tension maximale de 515V, et un courant maximal de 750A.
Il sera composé de six thyristors TK 3006 dans des boitiers TO 93, refroidis par des profils WR250 ventilés à 5m/s.
En outre en parallèle avec chaque thyristor, une résistance de 15 ohms5W, en série avec un condensateur de (0.7 µF, 1.6V) seront placées.
3.1.1.2. Convertisseur statique de l’inducteur GP
a. Etude du redresseur PD2 mixte
Le montage redresseur PD2 est constitué de deux thyristors et de diodes connectés comme sur le schéma suivant :
Figure 22 : pont mixte PD2
Le terme mixte vient de la combinaison symétrique de deux groupements : « 2 thyristors à cathodes communes » et « 2 diodes à anodes communes ».Puisque cette structure contient des thyristors il s’agit d’un redresseur commandé.
Le montage étant constitué de 4 semi-conducteurs T1, T2, D’1 et D’2.La conduction étant ininterrompue, il y’a toujours en permanence deux composant qui conduisent. Quand un thyristor est amorcé, il impose une tension négative aux bornes de l’autre thyristor, lui interdisant de conduire. Un thyristor se bloquera seulement quand l’autre sera amorcé. Les diodes se mettent en conduction naturellement et pendant une demi période quelque soit l’angle d’amorçage des thyristors.
Allure des tensions et des courants
Posons comme habituellement .les intervalles de conduction de T1 et de T2 sont décalés de l’angle α. On obtient ensuite les allures suivantes :
Figure 23 : allures des tensions et courants du PD2 mixte
Calcul des grandeurs caractéristiques
Expression de la valeur moyenne de la tension redressée u
.
En remarquant que est égal à (Uc étant la valeur moyenne en redressement non commandé), on peut écrire le résultat sous la forme :
La tension E pris du réseau étant de 220V, la valeur moyenne de la tension redressé maximale serait égale à U’c=198.2V pour α=0. Sachant que nous n’avons besoin que de 32V pour alimenter l’inducteur de la Génératrice principale. Le redresseur utilisé devrait être capable de fournir cette valeur.
Valeurs moyennes et efficaces des courants
Courant dans une diode et dans un thyristor
Les allures sont identiques aux décalages près. On obtient les valeurs suivantes :
Et
La résistance de l’inducteur de la GP étant égal a 2ohms. Dans le cas le plus défavorable, (cas ou U’c=32V, nous aurons, et.
Courant dans le transformateur
Comme pour tous les montages PD, il est à valeur nulle. Sa valeur efficace est donnée par :
, soit.
Facteur de puissance
Notons f’ la valeur commune du facteur de puissance au primaire et au secondaire. Nous aurons :
Avec Et ,
Soit
En notant la valeur correspondante en redressement non commandé.
On constate que, pour un débit Ic donné, le courant efficace au secondaire du transformateur diminue lorsque α augmente (il en est d’ailleurs de même pour les courants dans les redresseurs du pont lorsque le montage est équipé d’une diode de roue libre). On pourra tenir compte de ceci pour dimensionner les éléments du montage si celui-ci n’est pas destiné à fonctionner à «pleine ouverture». Par contre, si α peut varier entre 0 et π (ce qui est généralement le cas), les composants seront calculés comme pour un redresseur non commandé.
b. choix de l’inductance de lissage
L’ondulation de la tension issue du redresseur pouvant devenir très élevée, on n’exige généralement pas un facteur de forme donné pour le courant, on se contente d’imposer que la self de lissage assure un fonctionnement en courant ininterrompu pour tout débit supérieur à un débit minimum que l’on caractérise par sa valeur moyenne Ic0.
Pour faire les calculs, on se place donc dans le cas critique où le montage fournit le courant minimum et fonctionne, de ce fait, à la limite du courant ininterrompu. Le courant débité présentant alors une ondulation très importante, non sinusoïdale de surcroît, la méthode du premier harmonique n’est plus applicable et la détermination devient nettement plus ardue. Nous n’insisterons donc pas davantage sur ce calcul, nous contentant de donner les résultats pour le montage PD2 mixte :
= Avec et
L=22.4mH
L’inductance L2 aura donc une valeur de 22.4mh
c. choix des semi-conducteurs
Choix des composants
Les symboles, conditions d’amorçage, de blocage, et de commutation, ainsi que les critères de choix du thyristor sont les mêmes que ceux indiqués au paragraphe (3.1.1.1.c).
Dans le cas le plus défavorable, le courant moyen dans un semi-conducteur étant de 8A, le courant efficace étant de 11.31A, la tension inverse maximale aux bornes d’un semi-conducteur étant de ;
Nous retiendrons la série 2N1849A dans un boitier TO48 pour les thyristors, et 16F40 dans un boitier DO4 pour les diodes. Les caractéristiques techniques des composants seront données en annexe.
Choix des protections
De la même façon que précédemment, nous placerons en parallèle au thyristor, une résistance et un condensateur. Le courant efficace dans un semi-conducteur étant de 11.31A, nous opterons pour R=56 ohms1watt, et C=0.1µF.
Choix des dissipateurs
Pour choisir le dissipateur, les caractéristiques suivantes du 2N1849A et du 12F40 seront prises en considération, Les contraintes étant les même qu’au paragraphe (3.1.1.1.c 5iéme point).
Pour les diodes :
La puissance à dissiper est de (Nous aurons donc).
La résistance thermique boîtier-radiateur :
calcul de la résistance thermique jonction-air :
calcul de la résistance thermique dissipateur-air ambiant :
En conclusion, ayant les valeurs ci-dessus, nous conviendrons avec le choix d’un profil CO 865.
Pour les thyristors :
En faisant le même calcul que ci-dessus, nous obtenons.Nous choisirons le dissipateur de type Moulage M5 refroidit par convection naturelle.
d .résumé
Le convertisseur sera composé de deux thyristors 2N1849A dans un boitier TO 48 sur un moulage de type M5 refroidit par convection naturelle, chacun ayant en parallèle, une résistance de 56 ohms 1watt et une capacité de 0.1µF en parallèle, et de deux diodes 12F40 dans un boitier DO40, refroidis par des profils CO 865.
3.1.2. Choix du sectionneur porte fusibles
Symbole
Figure 24 : symbole du sectionneur porte fusible
Rôle
Le sectionneur porte fusible est un appareil mécanique de connexion, capable d’ouvrir et de fermer un circuit, afin d’isoler la partie de l’installation en aval du sectionneur, à la différence du ou de l’, il n’a pas de pouvoir de coupure, ni de fermeture. Il est impératif d’arrêter l’équipement aval pour éviter une ouverture en charge. La performance principale qui caractérise un sectionneur porte fusible est sa tenue au , c’est-à-dire le courant maximal qu’il est capable de supporter lorsqu’il est fermé. Ces performances sont vérifiées par des essais effectués en vraie grandeur, suivant la norme .
Critères de choix d’un sectionneur porte fusible
Le choix d’un sectionneur porte fusible dépend de ces éléments :
La valeur du courant du circuit de puissance : Courant nominal In absorbé par la charge.
La tension assignée d’emploi : Ue.
La nature des cartouches fusibles : gG ou aM en fonction de la charge.
Calibre de l’appareil : intensité maximale que peut supporter l’appareil pendant un temps illimité.
Le Nombre de Contacts de pré coupure nécessaire dans la partie commande.
Le Type de raccordement : bornes à ressort ou vis étrier.
Le Type de commande: poignées latérales, frontales…
D’après les calculs effectués dans le cas le plus défavorable au secondaire du transformateur le courant Is=612A qui est le courant en amont du sectionneur porte fusible, avec une tension d’alimentation de 380V. Le sectionneur devra donc être capable de supporter ce courant et cette tension.
Nous avons donc choisi le sectionneur DK1 KC 13 à Cartouche fusible taille 2 ayant deux contacts de pré-coupure.
3.1.3. Choix des disjoncteurs
Symbole
Figure 25 : symbole du disjoncteur
critères de choix
Le choix du disjoncteur est effectué, comme toujours en comparant son intensité de réglage Ir avec la valeur du courant à véhiculer, et son pouvoir de coupure avec Icc présumé. Ces deux règles de base se retrouvent dans la norme d’installation NF C 15-100 et demeurent inchangées.
Nous choisirons donc les disjoncteurs du banc d’essai en fonction des critères suivants :
la tension nominale du disjoncteur (au moins égale à la tension entre phases).
le courant permanent (courant qui circule dans la branche ou le disjoncteur est installé, le calibre du disjoncteur doit être supérieur à ce courant).
le courant admissible (c’est le courant maximal que peut supporter la branche).
le courant de court circuit(le pouvoir de coupure du disjoncteur doit être au moins égal au courant de court circuit présumé).
la fréquence de fonctionnement (50hz dans notre cas).
le schéma des liaisons à la terre (TT dans ce cas).
La courbe de déclenchement (dans ce cas c’est la courbe D, pour un déclenchement jusqu’à 14In selon les normes CEI 947 et NFC 61 410).
Figure 26 : courbe de déclenchement magnétothermique type D
Nous noterons en outre les critères suivants qui entreront aussi dans le choix.
l’environnement: le type de local, la température, la section et la nature des câbles en aval.
Les impératifs d’exploitation : la sélectivité, les auxiliaires de commande.
Le nombre de pôles (uni + neutre, bi, tri, tétra polaire), il est fonction du réseau et de la charge.
Le modèle (modulaire, compact,..), imposé par le courant In.
Ainsi donc, en aval du transformateur, le courant de court circuit présumé étant de 20KA sous une tension de 380V triphasée, pour un courant véhiculé nominal de l’ordre de 500A, nous choisirons le disjoncteur à boitier Moulé RDM6-630S 500A, avec un Pdc de 35KA, de chez people Group pour Q1.
Du coté de la charge résistive et en aval du convertisseur, nous choisirons le disjoncteur NZMH3-A500 de chez EATON Electric pour Q2 (réglé à 250A) et Q3 (réglé au max).En effet, il est bien adapté pour les réseaux à courant continu avec une tension d’emploi jusqu’à 750 V et courants de réglage jusqu’à 500A. Les deux disjoncteurs ouvriront pour une valeur de 1.5Ir, pour protéger l’équipement contre les surcharges. Avec leurs systèmes de déclenchement thermomagnétiques réglables, ils garantissent une détection précise de la valeur efficace des courants d’emploi et de défaut. Leurs contacts a double coupure permettent une commutation sure dans des réseaux à haute tension avec courant de court-circuit jusqu’à 70KA.
3.1.4. Choix des disjoncteurs différentiels
Symbole
Figure27 : symbole d’un DDR 30mA
Normes et choix
La norme internationale de référence est la CEI 60364 : « Installations électriques des bâtiments ».Elle établit les règles d’installation pour que les parties actives dangereuses ne soient pas accessibles, et que les parties conductrices accessibles ne présentent pas de danger en conditions normales et en cas de défaut.
Cette norme internationale a été adoptée par de très nombreux pays, en l’état ou avec des adaptations locales. Cette norme définit aussi 3 types de liaisons à la terre ; nous avons choisit pour le banc d’essai, le régime TT, dit « neutre à la terre » (le neutre de la source est relié à une prise de terre distincte de celle des masses, toutes les masses doivent être reliées à un même système de mise à la terre dédié à l’installation).
L’utilisation d’un DDR est la seule solution pour assurer la protection contre les contacts indirects en TT, car le courant de défaut dangereux est trop faible pour être détecté par les dispositifs de protections de surintensité.
Figure 28 : le régime TT
Les DDR doivent être choisis en fonction du type de charge alimentée. Cette recommandation concerne en particulier les dispositifs à semi-conducteurs, comme le cas de ce banc d’essai pour lequel les courants de défauts ne sont pas toujours sinusoïdaux.
Dans ce cas de courant continu, en régime TT, nous choisirons les DDR notamment en fonction :
De la sensibilité (élevée, 30mA).
Du type (type B dans ce cas du courant continu sortie redresseur).
De la sélectivité (chronométrique dans notre cas).
Du temps de déclenchement.
Au vu de ces contraintes, nous choisirons donc le disjoncteur Vigicompact NS500N pour Q4, étant donné que la tension aux bornes du matériel est de 515V et que le courant nominal est d’environ 600A et le disjoncteur Vigicompact NS250N pour Q5 vu que la charge résistive absorbe une tension nominale de 750v et un courant de 270A ;(les deux disjoncteurs sont de chez Merlin Gerin ,les documents techniques seront donnés en annexe).
Le temps de coupure de chaque DDR sera réglé de telle manière qu’il soit inférieur à celui du disjoncteur juste en amont (tcddr=30ms<tcdmt=300ms).
3.1.5. Choix des fusibles
Symbole électrique
Figure 29 : symbole d’un fusible
Rôle
Le coupe-circuit à fusible, en abrégé fusible, est, en et , un dont le rôle est d’ouvrir un lorsque le dans celui-ci atteint une valeur dangereuse, ramenant ainsi ce courant à zéro. Tous les fusibles fonctionnent par interruption du courant.
Il existe principalement deux modes de fonctionnement de fusibles suivant la norme CEI 60269 :
le fusible à usage général (fusible Gg) offre une protection contre les surcharges et les . C’est le plus courant sur les installations .
le fusible accompagnement moteur (fusible aM) est utilisé pour la protection contre les courts-circuits uniquement, et souvent associé à un autre élément protégeant contre les surcharges. Il est utilisé dans l’industrie, principalement pour l’utilisation avec des charges à fort courant d’appel (moteurs, primaires de entre autres).
Critère de choix d’un fusible
Le choix du fusible dépend de plusieurs critères à savoir :
La classe : Gg, Am.
Le calibre In et la tension assignée Ue.
La forme (cartouche cylindrique ou à couteau) et la taille.
Le pouvoir de coupure.
Et éventuellement le système déclencheur (fusible à percuteur).
Le schéma électrique comportant 5 fusibles nous allons les dimensionner selon le critère de choix énoncé ci-dessus:
– Socle F1 : pouvant supporter un courant de 20A, le choix le plus approprié est la Cartouche fusible 10x38_AM-20A.
– Fusible F2 : pouvant supporter un courant de 20A, le choix le plus approprié est la Cartouche fusible 10x38_AM-20A.
– Fusible F3, F4, F5 : pouvant supporter un courant de 2A, le choix le plus approprié est la Cartouche fusible 10x38_AM-2A.
3.1.6. Choix des contacteurs
Symbole électrique
Figure 30 : symbole d’un contacteur
Rôle
Le contacteur est un appareil mécanique de connexion qui n’est pas commandé manuellement. Le contacteur permet d’établir ou de couper le courant dans un circuit de puissance et cela même en charge. Selon la norme CEI 947-4 on distingue deux catégories d’emploi des contacteurs :
Courant alternatif (AC).
Courant continu (DC).
Critères de choix d’un contacteur
Le choix d’un contacteur dépend de plusieurs facteurs :
Le nombre de pôle.
Le courant assignée d’emploie Ie.
La tension assignée d’emploie Ue.
La Puissance de la charge exprimée en Kw.
Pouvoir de coupure.
Durée de vie électrique.
La Tension d’alimentation.
La Tension du circuit de commande pour l’alimentation de la bobine.
Le schéma électrique comportant trois contacteurs nous allons les dimensionner selon le critère de choix du contacteur :
– Contacteur KM1 : pouvant supporter un courant de 20A et une tension d’alimentation de 220V, le choix le plus approprié est le contacteur LC1-D95 à deux pôles.
– Contacteur KM2 : pouvant supporter un courant de 700A et une tension maximale de 600V, le choix le plus approprié est le contacteur LC1-F500 à deux pôles.
– Contacteur KM3, KM4 : pouvant supporter un courant de 370A et une tension maximale de 600V, le choix le plus approprié est le contacteur LC1-F330 à deux pôles.
3.1.7. Choix du transformateur monophasé
Pour un équipement comportant des automatismes, la puissance du transformateur dépend :
De la puissance maximale à un instant donné (puissance d’appel).
De la puissance permanente absorbée par le circuit.
De la chute de tension.
Du facteur de puissance.
En effet, le circuit de commande comprend : quatre contacteurs, et un auxiliaire (de puissance totale de maintien 200VA), et quatre voyants (4VA).La somme donnerait donc 208VA. Pour une valeur de cos phi=0.8, le dimensionnement le plus adéquat serait 250VA.
Nous choisirons alors le transformateur Legrand 423-05, ayant une puissance de 250VA sous 230/24V.
3.1.8. Choix du transformateur triphasé de commande
Le transformateur triphasé que nous utilisons pour le banc d’essai est un transformateur de commande pour la synchronisation, donc la puissance à transitée est plus importante que la valeur de la tension à sa sortie ; nous choisirons donc un transformateur de 50VA, 380V/380V.
3.1.9. Détermination de la section des conducteurs
Pour la détermination de la section des câbles, nous procéderons compartiment par compartiment, en suivant les étapes prescrites par la norme NFC 15 100.Ainsi donc, toutes les canalisations doivent :
véhiculer le courant maximal d’emploi et ses pointes transitoires normales.
ne pas générer des chutes de tension supérieures aux valeurs admissibles.
Pour tous les compartiments du banc, les câbles seront fixés contre mur, nous choisirons donc la lettre de sélection C en vue du mode de pose choisi. En outre, du point de vue tenue aux efforts thermiques et ou électrodynamiques, nous choisirons pour tous les conducteurs, une âme en cuivre et un isolateur de type PR3.
Pour le choix des coefficients de correction et de la section des conducteurs, tous les tableaux de choix seront présentés en annexe.
Détermination de la section des conducteurs en amont du PD3
Pour ce cas d’arrivée triphasée 380V, nous choisirons un câble multiconducteurs (deux conducteurs).
Calcul du coefficient K=K1*K2*K3 qui caractérise l’influence des différentes conditions d’installation : étant donné que la lettre de sélection choisie est C, le coefficient K1 qui caractérise le mode de pose sera 1 ; ayant deux câbles placés au voisinage de ces conducteurs, nous choisirons K2=0.85 ; la température ambiante étant de 30°c, le coefficient K3=1(nous avons donc K=0.85).
Dans ce compartiment, le courant de court circuit présumé est de 20KA.
Le courant maximal d’emploi est de 612A (courant au secondaire du transformateur lorsque le redresseur débite sa puissance maximale) ; l’intensité fictive sera donc 612/0.85=720A.
La longueur des câbles étant inférieure à 50m, la chute de tension en aval des conducteurs est négligeable (inférieure à 3%).
Les tableaux de choix nous donnent une section de .
Ainsi donc, nous choisirons le câble FRN05-VVU conforme à la norme NFC 32-207, les caractéristiques techniques et les conditions de pose seront donnés en annexe.
Figure 31 : câble FRN05-VVU
Détermination de la section des conducteurs en aval du PD3
Dans ce cas, le courant véhiculé est continu redressé, nous choisirons deux câbles mono-conducteurs.
La lettre de sélection étant le C, K1=1 ; étant le câble d’alimentation du moteur de traction, nous nous arrangerons à ce qu’il n’y ait aucun autre conducteur au voisinage, le coefficient K2 serait donc 1 ; en outre, la température ambiante étant de 30°c, K3=1 ; en conclusion, le coefficient K=K1*K2*K3=1.
Dans ce compartiment, le courant maximal d’emploi est de 750A ; or K=1, le courant fictif est donc aussi 750A.
Le moteur alimenté étant à courant continu, la chute de tension est négligée pour la distance choisie de 20m des câbles.
Les tableaux de choix nous donnent une section desous isolant PR2.
Les câbles choisis seront donc de type HO7 VR avec une température de plus de 160°c en court circuit, conforme à la norme NFC 32 070.
Figure 32 : câble H07 VR
Détermination de la section des conducteurs de part et d’autre du PD2 mixte
Le régime étant monophasé, nous choisirons aussi deux câbles mono-conducteurs.
Comme précédemment, le coefficient de correction est fixé à 1.
Le courant d’emploi maximal étant de 20A, il en est de même pour le courant fictif.
Les tableaux de choix nous donnent une section de.
Les câbles choisis seront donc de type HO7 VU (section < 3), conforme à la norme NFC 32 070.
Figure 33 : câble H07 VU
Détermination de la section des conducteurs aux bornes de la charge résistive
La charge résistive fonctionne à courant continu, nous choisirons aussi deux conducteurs séparés.
Le coefficient K reste inchangé et égal à 1.
La sortie de la GP étant directement reliée à la cuve, la chute de tension sera négligée.
Le courant nominal étant de 250A, et le courant de court circuit de la GP de 30KA, les tableaux de choix nous donnent une section de pour les conducteurs.
Nous choisirons donc les mêmes câbles HO7 VR, mais avec la section adéquate.
