TP3 UTILISATION DE LOGICIEL PSIM

TP3 UTILISATION DE LOGICIEL PSIM
[COMPENSATION DE L’ENERGIE REACTIVE]
Encadré par
Réalisé par
Prof
LAHCEN AMRI
 Boufakri abdelmounaim
 Faska abdelazize
 Sanaa oughella
1) Résumé:
On utilise le logiciel de simulation de circuits électriques PSIM pour
analyser le courant absorbé par un variateur de vitesse associé à un moteur
à courant continu et pour mesurer les puissances active et réactive absorbées.
On étudie ensuite l’influence d’un condensateur de compensation de
puissance réactive sur les courants harmoniques générés par le récepteur
non linéaire (variateur).
2) Contents
1)
Résumé :............................................................................................. Error! Bookmark not defined.
2)
Contents ............................................................................................................................................ 2
3)
Les figure ........................................................................................................................................... 4
4)
Les tables........................................................................................................................................... 4
I.
Simulation de la charge non linéaire : (Pont tout thyristors + moteur à courant continu) .................. 5
5)
Schéma de simulation ....................................................................................................................... 5
6)
Explication du schéma ...................................................................................................................... 5
7)
Modélisation De circuit de commande des thyristors : .................................................................... 5
8)
Données numériques : ...................................................................................................................... 5
9)
Simulation et résultats ...................................................................................................................... 6
II.
a)
Graphes de va(t) et ia(t) ................................................................................................................ 6
b)
Mesures : ...................................................................................................................................... 6
c)
Graphes de P(t) et Q(t) .................................................................................................................. 6
d)
Mesures : ...................................................................................................................................... 7
e)
Décomposition spectrale de ia(t) .................................................................................................. 7
f)
Taux de distorsion harmonique .................................................................................................... 7
Compensation de l’énergie réactive par condensateur seul ................................................................ 8
1)
Schéma de simulation ....................................................................................................................... 8
2)
Graphes de ia(t), ir(t) et ic(t) ............................................................................................................. 9
a)
3)
Mesures :....................................................................................................................................... 9
Décomposition spectrale de ir(t) et ic(t) ......................................................................................... 10
a)
4)
Mesure ........................................................................................................................................ 10
Conclusion ....................................................................................................................................... 10
III.
Compensation de l’énergie réactive par condensateur associé à une inductance ........................ 11
1)
Schéma de simulation ..................................................................................................................... 11
2)
Graphes de ir(t) et ic(t).................................................................................................................... 11
a)
3)
Décomposition spectrale de ir(t) et ic(t) ......................................................................................... 12
a)
IV.
Mesures....................................................................................................................................... 12
Valeur efficace du fondamental et des harmoniques de rang 3, 5 et 7 ..................................... 12
Synthèse des résultats de simulation ............................................................................................. 13
3) Les figure
Figure 1 SCHEMA DE MONTAGE DU MANIPULATION 1 ............................................................................... 5
Figure 2graphe exprime l'allure de la tension Va et le courant Ia ............................................................... 6
Figure 3 l'allure de puissance active et réactive .......................................................................................... 6
Figure 4signal spectrale de Ia........................................................................................................................ 7
Figure 5 Compensation de l’énergie réactive par condensateur seul .......................................................... 8
Figure 6 Graphes de ia(t), ir(t) et ic(t) ........................................................................................................... 9
Figure 7 Décomposition spectrale de ir(t) et ic(t) ....................................................................................... 10
Figure 8 Compensation de l’énergie réactive par condensateur associé à une inductance ...................... 11
Figure 9 Graphes de ir(t) et ic(t).................................................................................................................. 11
Figure 10 Décomposition spectrale de ir(t) et ic(t) ..................................................................................... 12
4) Les tables
Table 1 la valeur de Ia et le déphasage du fondamentale de Ia par rapport Va........................................... 6
Table 2 la valeur le puissance active et réactive ........................................................................................... 7
Table 3 les valeurs de THD de fondamental et les 3 rang ............................................................................. 7
Table 4 les valeurs de Ir et IC et P et Q ......................................................................................................... 9
Table 5 la decomposition spectrale de Ir et Ic ............................................................................................ 10
I.
Simulation de la charge non linéaire : (Pont tout thyristors + moteur à courant
continu)
5) Schéma de simulation
Figure 1 SCHEMA DE MONTAGE DU MANIPULATION 1
6) Explication du schéma
 Le variateur est un redresseur commandé de type pont tout thyristors.
 La charge du pont (moteur + inductance de lissage) est modélisée par une source de
courant continu.
7) Modélisation De circuit de commande des thyristors :




Alpha Controller : génération d'impulsions de gâchettes ;
Voltage sensor + comparateur : synchronisation sur la tension réseau ;
Voltage source DC : réglage de α;
step voltage source : validation de la commande.
8) Données numériques :





Vr = 400V
Io = 390 A
α: angle de retard à l’amorçage = 45°
Lr inductance de la source d'alimentation : Lr = 0,22 mH
Rr résistance de la source : Rr = 40 mΩ
9) Simulation et résultats
a) Graphes de va(t) et ia(t)
Figure 2graphe exprime l'allure de la tension Va et le courant Ia
b) Mesures :
Table 1 la valeur de Ia et le déphasage du fondamentale de Ia par rapport Va
Valeur efficace de ia(t) :
Déphasage du fondamental de ia / à va :
Ia = 385 A
45 °
Le déphasage du fondamental de ia par rapport à va correspond approximativement à
l’angle de retard à l’amorçage des thyristors.
c) Graphes de P(t) et Q(t)
Figure 3 l'allure de puissance active et réactive
d)
Mesures :
Table 2 la valeur le puissance active et réactive
Valeur moyenne de P(t) :
Valeur moyenne de Q(t) :
P = 85,2 kW
Q = 97,5 kVAr
La puissance réactive absorbée est très élevée : cos ϕ = 0,66.
Cela est provoqué par le déphasage du fondamental de ia(t) par rapport à va(t).
e) Décomposition spectrale de ia(t)
Figure 4signal spectrale de Ia
f) Taux de distorsion harmonique
Les composants
La fréquence
Valeur efficace
THD individuel
Iah1
50
500
Iah3
150
150
30
Iah5
250
99
19.8
Iah7
350
70
14
Table 3 les valeurs de THD de fondamental et les 3 rang
THD global = 38% : cette valeur est un peu inférieure à la valeur théorique du THD d’un
courant rectangulaire (THDth = 48,3 %)
II.
Compensation de l’énergie réactive par condensateur seul
Pour compenser l’énergie réactive, on place un condensateur en dérivation, en amont du pont.
On dimensionne le condensateur pour obtenir cosα=0.96

Calculons la puissance réactive que doit fournir le condensateur de compensation C
Q=tanα×p
Alors Q=0.29×85.2=24,85KVAR.

Déduisons la valeur numérique de C
𝑸
𝟐𝟒𝟖𝟓𝟎
C = 𝑽𝟐 ×ω = 𝟐𝟑𝟎𝟐 ×314 = 𝟏. 𝟒𝟗𝒎𝑭

Calculons le courant dans C
Ic =U× C× ω
Alors Ic = 230×0.00149×314=107.6 A
1) Schéma de simulation
Figure 5 Compensation de l’énergie réactive par condensateur seul
2) Graphes de ia(t), ir(t) et ic(t)
Figure 6 Graphes de ia(t), ir(t) et ic(t)
a) Mesures :
Valeur efficace de ir(t) :
Valeur efficace de ic(t) :
Valeur moyenne de P(t) :
Valeur moyenne de Q(t) :
Ir = 457 A
Ic = 364 A
P = 92,4 kW
Q = 23,6 kVAr
Table 4 les valeurs de Ir et IC et P et Q
La puissance réactive absorbée passe de 97,5 kVAr à 23,6 kVAr : cosϕ = 0,97.
On constate une augmentation importante du courant fourni par le réseau qui passe de
385A à 457A.
3) Décomposition spectrale de ir(t) et ic(t)
Figure 7 Décomposition spectrale de ir(t) et ic(t)
a) Mesure
Composant
fréquence
Valeur efficace de Ir
Valeur efficace de Ic
If
50
360
250
Ih3
150
230
90
Ih5
250
450
380
Ih7
350
100
200
Table 5 la decomposition spectrale de Ir et Ic
THD du courant réseau : 143%
THD du courant dans le condensateur : 175 %
Les harmoniques du courant réseau ont subi une augmentation importante par rapport
au montage non compensé, notamment l’harmonique de rang 5. Le courant dans le
condensateur comporte également une composante harmonique de rang 5 très élevée.
4) Conclusion
On peut dire, qu’en présence d’une charge non linéaire (ici, le redresseur commandé), un
condensateur de compensation de la puissance réactive peut amplifier très significativement certains
rangs d’harmoniques.
Et pour cela on est besoin de faire la Compensation de l’énergie réactive par condensateur
associé à une inductance
III.
Compensation de l’énergie réactive par condensateur associé à une inductance
1) Schéma de simulation
Figure 8 Compensation de l’énergie réactive par condensateur associé à une inductance
2) Graphes de ir(t) et ic(t)
Figure 9 Graphes de ir(t) et ic(t)
a) Mesures
Valeur efficace de ir(t) :
Valeur efficace de ic(t) :
Valeur moyenne de P(t) :
Valeur moyenne de Q(t) :
Ir = 268 A
Ic = 220 A
P = 93,5 kW
Q = 16,5 kVAr
On constate une diminution très significative du courant fourni par le réseau et du
courant dans le condensateur.
D’autre part, la puissance réactive a un peu diminué : le circuit condensateur-inductance
fournit plus de réactif que le condensateur seul
3) Décomposition spectrale de ir(t) et ic(t)
Figure 10 Décomposition spectrale de ir(t) et ic(t)
a) Valeur efficace du fondamental et des harmoniques de rang 3, 5 et 7
Composant
fréquence
Valeur efficace de Ir
Valeur efficace de Ic
If
50
350
300
Ih3
150
90
80
Ih5
250
75
40
Ih7
350
50
25
THD du courant réseau : 36%
THD du courant dans le condensateur : 29 %
Les harmoniques du courant réseau et du courant dans le condensateur sont très
atténués
par l’ajout de l’inductance Ls en série avec le condensateur C.
IV.
Synthèse des résultats de simulation
En présence d’une charge non linéaire, l’installation d’un condensateur de compensation
de puissance réactive peut amplifier très significativement certains rangs d’harmoniques, créant
une augmentation importante du courant dans le condensateur et dans la source. La solution
consiste à placer une inductance de valeur adaptée, en série avec le
condensateur. Cette solution est délicate à mettre en œuvre car la valeur adéquate de
l’inductance est critique.
Rq
http://fabrice.sincere.pagespersoorange.fr/cm_electrotechnique/exercices_electrotechnique/exercices_harmoniques.pdf