tp de simulation informatique sous psim effet des harmoniques et de

Spé génie électrique
ATS Source d'énergie
Lycée P. Mendès France Epina
TP Psim : source d'énergie 1/10
TP DE SIMULATION INFORMATIQUE SOUS PSIM
EFFET DES HARMONIQUES ET DE LA PUISSANCE REACTIVE SUR UNE LIGNE EDF
Dans ce TP, vous allez construire progressivement un modèle simplifié de l'alimentation en électricité
d'un centre de R&D de moteur électriques comprenant essentiellement des machines asynchrones
dans ces laboratoires d'essai, des lampes fluorescentes (néon) et de l'équipement informatique.
L'ensemble des moteurs consomme une puissance de 150 kW, pour un cos moyen de 0,8. Le parc
informatique est composé de 60 PC de 400 W. L'éclairage est assuré par 200 tubes fluorescents de
18W.
L'objectif du TP est de voir comment les harmoniques générés par
l'équipement informatique perturbent la tension délivrée par le réseau
EDF, et voir l'impact de la puissance réactive consommée par les
moteurs.
Dans un premier chapitre, nous allons effectuer des simplifications afin
d'avoir un modèle de l'installation électrique facilement
compréhensible, qui permette une saisie et une consultation plus
rapide du schéma électrique équivalent.
A l'issu de ce premier chapitre, nous aurons un schéma électrique
simple que nous pourrons implanter dans PSIM, puis ensuite effectuer
des simulations et visualiser les effets des harmoniques et de la
puissance réactive.
A) MODELISATION DU PROBLEME
Dans un premier temps, nous allons modéliser les différents types de charges, et les éléments du
circuit.
1. Transformateur
Le centre de recherche est alimenté à partir du réseau 20kV (tension composée) d'EDF à travers un
transformateur triphasé minera de puissance assignée 250kVA (cf documentation technique
"Minera" dans le dossier "TP initiation PSIM")). Le transformateur minera est un transformateur
triphasé. Afin de simplifier son étude, nous allons prendre le modèle monophasé ci-dessous:
Vous allez déterminer les éléments de ce modèle en utilisant les informations données dans la
documentation technique.
Neutre
Phase

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a) Calcul de Rf :
Dessiner le schéma équivalent du transformateur à vide (secondaire non connecté).
Donner alors l'expression des pertes à vide. (Ne pas oublier le coefficient 3 pour passer du modèle
monophasé au transformateur triphasé)
En déduire Rf en fonction de ces pertes.
Consulter la documentation technique du transformateur et donner la valeur des pertes à vide, en
déduire la valeur numérique de Rf du transformateur.
b) Calcul de Rs :
En charge (au courant nominal), donner l'expression des pertes :
- dans Rs en fonction de I2 :
- dans Rf en fonction de V1
- dans l'inductance ls.
Rappeler la valeur de la puissance apparente du transformateur. A partir de la documentation
technique, donner la valeur de la tension composée au secondaire puis en déduire la valeur efficace
du courant nominal au secondaire I2.
A partir des pertes en charge dans tout le transformateur (notée Pch) données dans la
documentation technique et des expressions calculées précédemment, donner la valeur de Rs.
c) Calcul de ls
Calculer la valeur du rapport de transformation m du transformateur.
Justification :

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La tension de court-circuit d'un transformateur est la tension à appliquer pour avoir au secondaire le
courant nominal lorsque l'on court-circuite le secondaire.
Donner V1cc (tension simple de court-circuit au primaire) pour notre transformateur, en déduire la
valeur de V2' pour l'essai en court-circuit.
Calculer alors la valeur de ls en appliquant la loi d'Ohm.
2. PC et tubes fluorescents
Les PC et tubes fluorescents ont dans leur alimentation un étage de tension à courant continu. Cette
tension continue est obtenue grâce à un pont de diode comprenant à sa sortie un condensateur de
filtrage.
Exemple : modèle d'un tube
fluorescent
Nous allons modéliser ces récepteurs par le montage
monophasé équivalent suivant.
(pont de diode, condensateur de 13 mF, source de courant de
29A)
Vous allez effectuer une simulation sur PSIM afin de valider ce
modèle qui vous est proposé.
a) Implantation du modèle
Ouvrir le logiciel PSIM en cliquant sur l'icône sur le bureau. Puis "file", "new".
En allant chercher les composants dans le menu "element" ou directement à partir des icônes en bas
de la fenêtre PSIM, implanter le schéma ci-dessus en rajoutant avant le pont de diodes une source de
tension sinusoïdale de valeur efficace 230 V, de fréquence 50 Hz. (ne pas oublier de modifier les
paramètres de la source de tension)
Rq : PSIM demande de renseigner l'amplitude de tension et non la valeur efficace)
Puis ajouter un voltmètre (voltage probe (node to node) en sortie de pont.
Rq : les câbles sont implantés grâce à l'icone
13mF
Pont de diode

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b) Simulation du modèle
Vous allez maintenant lancer une simulation du montage. Il faut tout d’abord régler les paramètres
de simulation.
Cliquer sur l’onglet "simulate", puis "simulation control", puis rentrer les paramètres suivants :
- Time step : 10-5 (correspond au pas de calcul du logiciel)
- Total time : 0,16
- Print time : 0,1 (n'affiche la courbe qu'à partir de t=0,1s. Cela permet d'occulter le
phénomène de montée en tension lors du régime transitoire)
- Print step : 2 .N'affiche qu'un point tous les 2 pas de calcul. Cela permet de contourner la
limitation du nombre de points affichables en version démo (6000).
Lancer alors la simulation . N'ayant choisi de relever qu'une seule grandeur (un seul "voltmètre"
dans le circuit), celle-ci s'affiche automatiquement à la fin de la simulation.
Dans la fenêtre SIMview (fenêtre d'affichage des courbes), cliquer sur l'icône valeur moyenne .
Donner la valeur moyenne de la tension en sortie de pont uc. Calculer alors la puissance consommée
coté continu.
Le pont de diode étant parfait dans le logiciel, la puissance coté charge est aussi la puissance active
coté réseau. Vérifier alors que la puissance consommée dans votre simulation est bien la même que
celle des 60 PCs et des lampes (données dans l'énoncé).
3. Machine asynchrone :
La machine asynchrone est un récepteur complexe et ceci d'autant plus que son comportement varie
en fonction de la charge mécanique qui lui est adjoint. Pour se donner un modèle simple, on va faire
l'approximation que les machines se comportent comme une résistance et une inductance en série.
(on néglige le comportement des variateurs, et autre électronique de commande des moteurs).
Vous allez donc devoir trouver les valeurs de R et L qui permettent à l'ensemble de consommer par
phase 50kW sous un cos  de 0,8.
a) Calcul de R
Donner l'expression de l'impédance complexe du dipôle R-L série. Dessiner le diagramme de
Fresnels des impédances correspondant à ce dipôle.
En remarquant que =Arg , donner l'expression de
cos  en fonction de R et Z=.

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Dans quel composant est consommée la puissance active P ? En déduire l'expression de P en fonction
de R et I puis de R, V et Z (V est la valeur efficace de la tension réseau : 230 V)
Donner alors l'expression de R en fonction de V,P et cos .
b) Calcul de L
Retrouver la valeur de Z, puis en déduire L.
c) Vérification par simulation
Implanter le schéma ci-dessous sur Psim en paramétrant R et L avec les valeurs que vous avez
trouvées.
Rq : le Wattmètre se trouve dans "element, other, probes, Wattmeter". Donner une fréquence de
coupure de 10 Hz au Wattmètre (cut off frequency)
Lancer la simulation sur 5 périodes réseau en affichant les courbes à partir de t=0,1s. (pensez à
augmenter le pas d'affichage (print step, si le nombre de points à afficher est trop important)
Afficher sur un même graphe v(t) et i(t). Mesurer le déphasage  entre les deux puis vérifier que l'on
obtient bien cos =0,8.
Afficher ensuite la puissance active et vérifier qu'elle vaut bien 50kW.