Rapport De Stage

alable pour la régulation des niveaux de distorsion harmonique dans de nombreuses applications.

Dans ce travail on s’intéresse à l’APF monophasé. Notre étude a été subdivisée en trois chapitres comme suit :

-Le premier est consacré à l’étude des charges non linéaires, aux harmoniques crées et leurs influences sur le réseau de distribution.

-Le deuxième chapitre expose les différentes solutions aux problèmes d’harmoniques.

-Finalement au chapitre trois, nous étudierons le dimensionnement des composants de l’APF,ensuite, les stratégies proposées pour commander le filtre actif ,les boucles de régulation,notamment la boucle de courant et la boucle de tension.

CARTE D’IDENTITE DE L’ENTREPRISE

Mon entreprise d'accueil est un laboratoire d’université, plus précisément c’est le laboratoire ‘power electronics’ à l’université de Swansea (sud du Pays de Galles). Le laboratoire est constitué d’un responsable, Dr Salah KHANNICHE, et d’une dizaine de doctorants (de plusieurs nationalités différentes).

L’objectif premier de ce labo est de soutenir et d’aider les étudiants a avoir leur diplôme (doctorat), tout en travaillant avec des entreprises nationales ou internationales. Ce labo est spécialisé dans l’électronique de puissance et la commande en temps réel, c’est a dire tout ce qui peut être asservi et commandé en nano ou micro secondes (au-delà du micro on est dans la commande retardée).

Les types de projets étudiés sont :

-les filtres en général

-les boucles d’asservissement avec un processor Intel (de l’appareil domestique au produit high-tech que l’on peut trouver dans une fusée)

-la détermination des caractéristiques des différentes charges non linéaires et leur adaptabilité sur le réseau

-on traite aussi la pollution électrique pour aider certains pays en voie de développement a ne pas se retrouver immergés par l’arrivée de nouvelles technologies sans être préalablement préparés pour faire face a tous ces problèmes de rentabilité et d’efficacité du matériel.

-enfin on travail sur tout les types de convertisseur : hacheur (dc-dc), onduleur (dc-ac), redresseur (ac-dc), gradateur (ac-ac).

Tous les projets sont donnés par Dr KHANNICHE et sont suivis par lui-même ou tout simplement par les doctorants entre-eux.

INTRODUCTION TECHNIQUE

L’utilisation de convertisseurs statiques dans les installations de conversion d’énergie a considérablement contribué à améliorer les performances et l’efficacité de ces systèmes. En revanche, ils ont participé à perturber la qualité du courant et de la tension des réseaux de distribution. La cause la plus fréquente de ces perturbations est la présence d’harmoniques dans le réseau, donc le filtre actif est une solution très intéressante pour ce type de charges car il arrive a compenser le courant harmonique et fournit de l’énergie réactive à la charge tout en améliorant le facteur de puissance.

L’APF peut compenser n’importe quel type de charge et s’auto-adapte aux variations brusques induites de la charge. De plus il se connecte en parallèle avec la source alternative, donc pas de matériel intermédiaire.

Le principe de base de l’APF triphasé a été propose pour la première fois en 1970 par Sasaki et Machida, mais le développement réel n’a débuté qu’à partir des années 80. Plusieurs topologies et méthodes de contrôle ont été étudiées et proposées.

Les charges monophasées présentent un courant harmonique relativement plus important que les charges triphasées. Cependant, il y avait quelques travaux concernant l’APF monophasé, certains sont basés sur le courant de source du convertisseur (CSI : Current Source Inverter) et d’autres sur la tension (VSI : Voltage Source Inverter).

Ici nous allons étudier le filtre actif de puissance basé sur le courant de source du convertisseur.

I) CHARGES NON LINEAIRES ET LEURS INFLUENCES SUR LE RESEAU

A) Charge non linéaires

Une charge est dite "non linéaire" si le courant absorbé n'est pas sinusoïdal lorsqu'elle est alimentée par une tension sinusoïdale. Ce type de récepteur est générateur d'harmoniques. Cette classe de charge englobe les convertisseurs statiques (gradateurs, redresseurs), les circuits magnétiques saturés, les lampes a décharges, moteurs au démarrage, mise sous tension de transformateurs, ...

Dans ce travail nous nous restreindrons aux charges non linéaires monophasées.

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• Exemples réel de charges non linéaires :

-les convertisseurs électroniques :

Les appareils équipés de redresseurs n’ont pas une impédance constante pendant la durée de l’alternance de la sinusoïde de tension. De ce fait, ils absorbent un courant sous forme d’impulsions plus ou moins longues. En d’autres termes, la tension du réseau et le courant consommé ne sont plus liés par une relation de proportionnalité. C’est pourquoi on parle de charge non linéaire. En somme, dans le secteur domestique, les principaux emeteurs d’harmonique sont le téléviseur, les équipement informatiques et d’éclairage, dans le secteur industriel ce sont les différent convertisseurs statique utilises pour le variation de vitesse des moteur et le redressement, et, avec un taux plus important, on cite les fours a arc.

-les transformateurs :

Partant des bornes du générateur, les premiers éléments qui affectent la forme d’ondes sont les transformateurs. Une saturation partielle du fer entraîne l’apparition d’un courant magnétisant dont la forme diffère significativement de la sinusoïde, et l’on peut dire qu’il contient des composantes harmoniques. Ces derniers contribuent dans la déformation de la tension du réseau en un point dépendant à la fois de l'impédance de la source et de l’amplitude des courants harmoniques.

• Quelque vue pratique de charge non linéaires

- Gradateur de lumière ou de chauffage

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- Redresseur d'alimentation à découpage, par exemple :

- ordinateur

- électroménager

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- Redresseur triphasé avec condensateur en tête par exemple : variateur de vitesse pour moteurs asynchrones

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- Redresseur triphasé avec inductance de filtrage en continu, par exemple : chargeur de batterie.

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B) Harmoniques crées et influences sur le réseau

• Notion sur les harmoniques

Le terme ‘harmonique’ a été originalement utilise en relation avec le son et signifiait la vibration d’une corde ou d’une colonne d’air aune fréquence multiple de celle du fondamentale. La même idée a été retenue dans le génie électrique quand la forme déforme de l’onde du courant ou de la tension est représentée ainsi.

Nous allons mettre quelle que notion de cour sur les quelle on s’appuie pour réaliser le projet et vous trouverez en annexes plus de détail sur les harmoniques.

* Taux de distorsion

Le taux de distorsion est un paramètre qui définit globalement la déformation de la grandeur alternative :

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Il existe aussi une autre définition qui remplace le fondamental Y1 par la valeur efficace totale Yeff. Certains appareils de mesure l’utilisent.

* Facteur de puissance et facteur de déphasage

Il est important en présence d'harmoniques de ne pas confondre ces deux termes qui sont égaux seulement lorsque les courants et tensions sont parfaitement sinusoïdaux.

- Le facteur de puissance (FP) est le rapport entre les puissances active P et apparente S:

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- Le facteur de déphasage (cos ϕ1 ) concerne les grandeurs fondamentales donc :

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En sinusoïdal pur : cos ϕ1 = cos ϕ = FP.

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• Harmoniques crées par les différentes charges

- Fours à arc

Les fours à arc utilisés en sidérurgie peuvent être à courant alternatif