Brevet FR2786955A1 — publié le 20000609

-- 1 - BANC DE CHARGE A VARIATION LINEAIRE L'invention concerne le domaine des dispositifs de charge et plus particulièrement les dispositifs de charge ou de décharge à variation linéaire d'un réseau électrique de forte puissance. Ce type de dispositif est plus particulièrement adapté à la charge ou à la décharge à variation linéaire d'un réseau électrique comportant des moteurs dont la puissance est de l'ordre de plusieurs centaines de Kilowatt, 500 Kilowatt par exemple, afin de préserver des caractéristiques constantes sur le réseau. Cependant ce type de dispositif peut trouver des applications dans le domaine des dispositifs de test de moteurs de forte puissance tels que les turbines à gaz ou les moteurs diesels, par exemple un moteur diesel de navire. Généralement, les réseaux électriques délivrent une puissance active afin de faire fonctionner par exemple des moteurs, et on sait que ces moteurs peuvent se comporter dans certaines conditions comme des générateurs de puissance en injectant sur le réseau électrique une puissance négative dite puissance réactive. Tous les appareils du type matériel électronique, groupe électrogène ou autres qui se trouvent, sur le réseau, en amont de ces moteurs fonctionnant comme des générateurs de puissance, sont généralement protégés contre la puissance réactive. Par contre si la puissance réactive revient sur le réseau du fournisseur d'électricité tel que EDF en France, les relais mis en place par ce dernier coupe l'alimentation au- delà d'un certain seuil de puissance réactive présente sur le réseau mettant ainsi la partie du réseau créatrice d'une trop grande puissance réactive, hors service. En effet, sur tous les réseaux électriques d'alimentation, il existe donc une puissance active et une puissance réactive; et le fournisseur d'électricité doit maintenir un certain équilibre entre la puissance active et la puissance réactive sur l'ensemble de son réseau; à cet effet, il dispose tout le long du réseau des relais qui coupent, au delà d'un certain seuil de puissance négative, l i t I - - 2 - l'alimentation vers la partie déséquilibré du réseau afin de préserver la qualité de sa fourniture. De telles coupures d'alimentation peuvent provoquer des dommages importants sur les différents appareils électriques et donc une immobilisation de ces installations, et notamment une immobilisation des installations électriques d'un site industrielle, pendant plusieurs jours avant sa remise en service. Aucun dispositif permettant une telle charge ou décharge d'un réseau électrique de forte puissance n'existe à l'heure actuelle cependant des dispositifs de charge de faible ou moyenne puissance existent et permettent la charge du réseau de moyenne puissance par seuil avec des temps de réactivité élevés. En effet, dans le domaine des bancs de charge de faible ou moyenne puissance la variation de la charge se fait par seuil grâce à des relais à commande électromagnétique ce qui, appliqué à des charges de forte puissance, demanderait un nombre trop élevé de relais augmentant ainsi de manière critique le temps de réaction ainsi que le coût d'un tel dispositif. L'un des buts de l'invention est donc de palier ces inconvénients en proposant un banc de charge ou de décharge à variation linéaire d'un réseau électrique de forte puissance de telle sorte que la charge ou la décharge du réseau se fasse de manière linéaire avec une grande réactivité et à un coût modéré. Afin de répondre à ces objectifs, la présente invention a pour objet un dispositif de charge ou de décharge d'un réseau électrique de forte puissance comprenant notamment des capteurs montés sur un réseau triphasé, un automate programmable qui traite les informations fournies par les capteurs, une carte de déclenchement, un gradateur et un circuit dissipatif; ce dispositif est remarquable en ce que le gradateur est constitué par un nombre limité de thyristors, montés deux à deux têtes bêches et en parallèle, et permettant ainsi la charge ou la décharge du réseau de forte puissance de manière linéaire. -3- Selon une variante particulièrement avantageuse de l'invention, certains thyristors du gradateur peuvent être remplacés par des relais à commande électromagnétique. Une autre caractéristique du dispositif selon l'invention consiste dans le fait que les capteurs sont des transformateurs d'intensité constitués par des bobines toriques polarisées; dans l'application au banc de charge, le dispositif est caractérisé en ce que les transformateurs d'intensité sont montés en sens inverse sur le réseau triphasé pour mesurer la puissance réactive présente sur le réseau. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemple non limitatives, du dispositif conforme à l'invention destiné à charger en puissance active ou à dissiper des puissances réactives en réseau triphasé, en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une représentation générale schématique du dispositif conforme à l'invention. - la figure 2 représente un synoptique de fonctionnement du dispositif selon l'invention. En référence à la figure 1, le dispositif comprend principalement trois capteurs la, lb et lc montés respectivement sur les trois phases 2a, 2b et 2c du réseau triphasé. Ces capteurs la, lb et lc collectent les données en intensité, puissance et tension sur le réseau, données qui sont par la suite transmises à un automate programmable 3 dont la fonction principale est de traiter les informations collectées par lesdits capteurs la, lb et lc. L'automate programmable 3 est lui même relié à un circuit dit de sécurité 4 qui contrôle les informations traitées notamment en tension, intensité et puissance, permettant ainsi une régulation des différentes informations, notamment en cas de surintensité dans des charges résistives qui seront détaillées plus loin. Ce circuit de sécurité 4 permet en outre une remise à zéro des données analogiques traitées dans l'automate programmable 3 -- 4 -- ou bien encore l'arrêt d'urgence du dispositif. L'automate programmable 3 est également relié à une carte de déclenchement 5 avec laquelle il échange en continue des informations. Cette carte de déclenchement 5 commande les gâchettes des thyristors 6 équipant le gradateur 7. Selon une première exécution de l'invention et conformément à la figure 1, le gradateur 7 se compose de six thyristors 6 montés deux à deux tête bêche et en parallèle formant ainsi trois paires 8a, 8b et 8c de thyristors 6. Un tel montage des thyristors 6 montés deux à deux tête bêche et en parallèle, permet de charger et de décharger le réseau triphasé 2a, 2b et 2c conformément à l'objet de l'invention, les thyristors 6 ne tolèrent pas de tension inverse à leurs bornes. Les bornes supérieures 9a, 9b et 9c des paires respectives 8a, 8b et 8c sont respectivement raccordées aux phases 2a, 2b et 2c du réseau triphasé et les bornes inférieures 10a, 10b et 10c sont respectivement raccordées, dans cet exemple particulier et non limitatif de réalisation, à des charges résistives triphasée l1a, llb et llc permettant ainsi une décharge de la puissance réactive du réseau triphasé, par transformation en énergie calorifique qu'il convient d'évacuer; à cet effet le dispositif selon l'invention prévoit un ventilateur 12 pour permettre un refroidissement continu des charges résistives lia, llb et 11c et assurer ainsi une charge ou une décharge continue du réseau électrique triphasé 2a, 2b et 2c. Ce ventilateur est accessoirement commandé par un automatisme de commandes périphériques 13 qui est lui-même relié à l'automate programmable 3 avec lequel il échange des informations en continu. Selon une disposition particulière du gradateur 7, un ou plusieurs thyristors 6 peut être substitué par un ou plusieurs relais à commande électromagnétique. Ce type de gradateur mixte permet alors de ne pas avoir une trop grande réactivité dans le cadre d'un réseau électrique déséquilibré ainsi que de réduire le coût d'un tel dispositif. -- 5 -- En référence à la figure 2, on décrira maintenant en détail le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Conformément à la première étape les prises d'information en puissance, tension et intensité sur le réseau électrique triphasé 2a, 2b et 2c s'effectue à l'aide de transformateurs d'intensité la, lb et l1, constitués comme on l'a déjà dit par des bobines toriques polarisées. Ces transformateurs d'intensité la, lb et l1, et plus précisément ces bobines toriques polarisées sont montées à l'envers sur chacune des phases 2a, 2b et 2c du réseau électrique triphasé afin de pouvoir détecter la puissance réactive effectivement présente sur ledit réseau électrique. Les informations transmises par ces capteurs sont tout d'abord traitées par un transmetteur de puissance qui les transforme en des consignes en tension qui varient entre 0 et 10 Volts de telle sorte que l'automate programmable 3 puisse les traiter. Cet automate programmable 3 opère en premier lieu une acquisition des données, qui peuvent être des données extérieures provenant de l'automatisme de commande périphériques 13 ou bien encore de la carte de sécurité 4 permettant, par exemple, une remise à zéro des données analogiques ou bien encore un arrêt d'urgence. L'automate 3 opère ensuite une étape de traitement des données qui consiste en une comparaison des données fournies par les capteurs la, lb et lc avec un seuil de puissance préétabli. Il va de soi que ce seuil peut être modifié suivant l'utilisation du dispositif selon l'invention, ce seuil dépendra donc des caractéristiques initiales du réseau électrique triphasé 2a, 2b et 2c ainsi que des caractéristiques finales que l'on souhaite obtenir sur ledit réseau électrique triphasé. A cet égard, si le seuil de puissance initialement défini est dépassé, alors l'automate programmable 3 transmet un ordre de puissance à la carte de déclenchement 5 proportionnellement à la tension de consigne variant comme on l'a vu entre 0 et 10 Volts. La I. I I T - 6 carte de déclenchement 5 demande d'abord une confirmation d'ordre de la part de l'automate programmable 3 pour des raisons de sécurité puis une fois l'ordre de puissance confirmé, la carte de déclenchement actionne les gâchettes des thyristors 6 contenus dans le gradateur 7 en faisant varier l'angle de phase du courant délivré aux bornes des gâchettes des thyristors 6. Il va de soi que le déclenchement des gâchettes des thyristors 6 peut être obtenu au moyen d'un train d'ondes ou par tout autre moyen équivalent connu de l'homme du métier. Le déclenchement des gâchettes permet ensuite le chargement de puissance active, par exemple, puissance active qui sera dissipée dans les charges résistives lla, llb et 11c. Ce dispositif, tel que décrit dans cet exemple non limitatif, permet donc une variation linéaire de charge active ou réactive en forte puissance pour un usage purement électrique, ce qui permet, par exemple, de maintenir des caractéristiques, en puissance, constantes sur un réseau électrique du type fournisseur d'électricité ou bien encore d'un réseau autonome du type groupe électrogène. Il va de soi qu'un circuit de refroidissement des thyristors est nécessaire mais non représenté sur la figure 1. Ce circuit est principalement constitué par un simple ventilateur qui assure donc le refroidissement des thyristors. Enfin, il est évident qu'il sera toujours possible d'ajuster la valeur des charges résistives selon l'application envisagée, les exemples cités dans la description n'étant donné qu'à titre indicatif et en aucun cas limitatifs quant aux domaines d'application du dispositif. -7 REVEND I CATIONS 1 - Dispositif de charge ou de décharge d'un réseau électrique de forte puissance comprenant notamment des capteurs(la,lb,lc) montés sur un réseau triphasé(2a,2b,2c), un automate programmable(3) qui traite les informations fournies par les capteurs(la,lb,lc), une carte de déclenchement(5),un gradateur(7) et un circuit dissipatif(11) caractérisé en ce que le gradateur(7) est constitué par un nombre limité de thyristors(6), montés deux à deux tête bêche et en parallèle, pour permettre la charge ou la décharge du réseau de forte puissance de manière linéaire. 2 - Dispositif de charge ou de décharge d'un réseau électrique de forte puissance selon la revendication 1 caractérisé en ce que certains thyristors(6) du gradateur(7) peuvent être remplacés par des relais à commande électromagnétique. 3 - Dispositif de charge ou de décharge d'un réseau électrique de forte puissance selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les capteurs(la,lb,lc) sont des transformateurs d'intensité constitués par des bobines toriques polarisées. 4 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les transformateurs d'intensité sont montés en sens inverse sur le réseau triphasé(2). 5 - Dispositif de charge ou de décharge d'un réseau électrique de forte puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le circuit dissipatif est constitué par des charges résistives(lla,llb,lc) et refroidit par un ventilateur(12) permettant la transformation de l'énergie électrique en énergie calorifique.