FR2786955A1 - Linearly variable loading bank for high-power 3-phase electrical network, comprises resistor bank, with forced air cooling, switched by thyristor pairs, one reverse/parallel pair per phase - Google Patents
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Abstract
Description
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BANC DE CHARGE A VARIATION LINEAIRELINEAR VARIATION LOAD BENCH
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 The invention relates to the field of charging devices and more particularly charging or discharging devices with linear variation of a high power electrical network. This type of device is more particularly suitable for charging or discharging with linear variation of an electrical network comprising motors whose power is of the order of several hundred kilowatts, 500 kilowatts for example, in order to
préserver des caractéristiques constantes sur le réseau. preserve constant characteristics on the network.
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, However, this type of device can find applications in the field of devices for testing high-power engines such as gas turbines or diesel engines, for example a ship's diesel engine. Generally, electrical networks deliver active power in order to operate, for example, motors, and it is known that these motors can behave under certain conditions like power generators by injecting negative power known as reactive power into the electrical network. All the devices of the electronic equipment, generator or other type which are, on the network, upstream of these engines functioning as power generators,
sont généralement protégés contre la puissance réactive. are generally protected against reactive power.
Par contre si la puissance réactive revient sur le réseau du fournisseur d'électricité tel que EDF en France, les On the other hand, if the reactive power returns to the network of the electricity supplier such as EDF in France, the
relais mis en place par ce dernier coupe l'alimentation au- relay installed by the latter cuts off the power to
delà d'un certain seuil de puissance réactive présente sur le réseau mettant ainsi la partie du réseau créatrice d'une beyond a certain threshold of reactive power present on the network thus putting the part of the network creating a
trop grande puissance réactive, hors service. too much reactive power, out of 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, Indeed, on all electrical supply networks, there is therefore an active power and a reactive power; and the electricity supplier must maintain a certain balance between active power and reactive power across its entire network; for this purpose, it has all along the network of relays which cut, beyond a certain threshold of negative power,
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- 2 - l'alimentation vers la partie déséquilibré du réseau afin - 2 - supply to the unbalanced part of the network so
de préserver la qualité de sa fourniture. to preserve the quality of its supply.
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 Such power cuts can cause significant damage to the various electrical devices and therefore an immobilization of these installations, and in particular an immobilization of the electrical installations of an industrial site, during
plusieurs jours avant sa remise en service. several days before its return to 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 No device allowing such charging or discharging of a high power electrical network exists at present, however low or medium power charging devices exist and allow charging of the medium power network by threshold with times of high reactivity. Indeed, in the field of low or medium power load banks the variation of the load is done by threshold thanks to electromagnetic control relays which, applied to high power loads, would require too many relays increasing so critically the time to
réaction ainsi que le coût d'un tel dispositif. reaction as well as the cost of such a device.
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 One of the aims of the invention is therefore to overcome these drawbacks by proposing a linear variation charge or discharge bank for a high power electrical network so that the network is charged or discharged in such a way linear with great
réactivité et à un coût modéré. responsiveness and at a moderate cost.
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 In order to meet these objectives, the subject of the present invention is a device for charging or discharging a high-power electrical network comprising in particular sensors mounted on a three-phase network, a programmable controller which processes the information supplied by the sensors, a trip card, a dimmer and a dissipative circuit; this device is remarkable in that the dimmer is constituted by a limited number of thyristors, mounted two to two spade heads and in parallel, and thus allowing the charging or discharging of the high power network of
manière linéaire.linearly.
-3- Selon une variante particulièrement avantageuse de l'invention, certains thyristors du gradateur peuvent According to a particularly advantageous variant of the invention, certain thyristors of the dimmer can
être remplacés par des relais à commande électromagnétique. be replaced by electromagnetically controlled relays.
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 Another characteristic of the device according to the invention consists in the fact that the sensors are current transformers constituted by polarized toroidal coils; in the application to the load bench, the device is characterized in that the current transformers are mounted in opposite directions on the three-phase network to measure the reactive power present on the network. Other advantages and features will emerge
mieux de la description qui va suivre, de plusieurs better from the following description, from several
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 alternative embodiments, given by way of nonlimiting example, of the device according to the invention intended to charge active power or dissipate reactive powers in a three-phase network, with reference to the attached drawing in which: - Figure 1 is a general representation
schématique du dispositif conforme à l'invention. schematic of the device according to the invention.
- la figure 2 représente un synoptique de - Figure 2 shows a block diagram of
fonctionnement du dispositif selon l'invention. operation of the device according to the 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 With reference to FIG. 1, the device mainly comprises three sensors 1a, 1b and 1c mounted respectively on the three phases 2a, 2b and 2c of the three-phase network. These sensors la, lb and lc collect data in terms of intensity, power and voltage on the network, data which are subsequently transmitted to a programmable controller 3 whose main function is to process the information collected by said sensors la, lb and lc . The programmable controller 3 is itself connected to a so-called safety circuit 4 which controls the information processed in particular in voltage, current and power, thus allowing regulation of the various information, in particular in the event of overcurrent in resistive loads which will be detailed more far. This safety circuit 4 also allows the analog data processed in the programmable controller 3 to be reset to zero.
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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. or even the emergency stop of the device. The programmable controller 3 is also connected to a trigger card 5 with which it continuously exchanges information. This trigger card 5 controls the triggers of the thyristors 6 fitted to the dimmer 7. According to a first embodiment of the invention and in accordance with FIG. 1, the dimmer 7 consists of six thyristors 6 mounted two by two head to tail and in parallel forming thus three pairs 8a, 8b and 8c of thyristors 6. Such an assembly of the thyristors 6 mounted two with two spades and in parallel, makes it possible to load and unload the three-phase network 2a, 2b and 2c in accordance with the object of the invention, the thyristors 6 do not tolerate reverse voltage across their terminals. The upper terminals 9a, 9b and 9c of the respective pairs 8a, 8b and 8c are respectively connected to phases 2a, 2b and 2c of the three-phase network and the lower terminals 10a, 10b and 10c are respectively connected, in this particular and non-limiting example of realization, with three-phase resistive loads 11a, 11b and 11c thus allowing a discharge of the reactive power of the three-phase network, by transformation into heat energy which it is advisable to evacuate; for this purpose the device according to the invention provides a fan 12 to allow continuous cooling of the resistive loads 11a, 11b and 11c and thus ensure continuous charging or discharging of the three-phase electrical network 2a, 2b and 2c. This fan is incidentally controlled by an automatic peripheral control 13 which is itself connected to the programmable controller 3 with which it exchanges information continuously. According to a particular arrangement of the dimmer 7, one or more thyristors 6 can be replaced by one or more electromagnetically controlled relays. This type of mixed dimmer then makes it possible not to have too great a reactivity within the framework of an unbalanced electrical network as well as to reduce the cost of such a device.
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En référence à la figure 2, on décrira maintenant en With reference to FIG. 2, we will now describe in
détail le fonctionnement du dispositif selon l'invention. detail the operation of the device according to the 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 In accordance with the first step, the information on power, voltage and intensity on the three-phase electrical network 2a, 2b and 2c is carried out using intensity transformers la, lb and l1, constituted as we have already said by polarized toroidal coils. These intensity transformers la, lb and l1, and more precisely these polarized toroidal coils are mounted upside down on each of phases 2a, 2b and 2c of the three-phase electrical network in order to be able to detect the reactive power actually present on said electrical network . The information transmitted by these sensors is first of all processed by a power transmitter which transforms them into voltage setpoints which vary between 0 and 10 Volts so that the programmable controller 3 can process them. This programmable controller 3 operates first of all the acquisition of the data, which can be external data coming from the peripheral control automation 13 or even from the security card 4 allowing, for example, a reset of the analog data or well again an emergency stop. The automaton 3 then operates a data processing step which consists in comparing the data supplied by the sensors la, lb and lc with a
seuil de puissance préétabli.preset power threshold.
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 It goes without saying that this threshold can be modified according to the use of the device according to the invention, this threshold will therefore depend on the initial characteristics of the three-phase electrical network 2a, 2b and 2c as well as on the final characteristics which it is desired to obtain on
ledit réseau électrique triphasé. said three-phase electrical network.
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 In this regard, if the power threshold initially defined is exceeded, then the programmable controller 3 transmits a power command to the trigger card 5 in proportion to the set voltage varying as we have seen between 0 and 10 Volts. The
I. I I TI. 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 - 6 trigger card 5 first requests an order confirmation from the programmable controller 3 for safety reasons, then once the power order is confirmed, the trigger card actuates the triggers of the thyristors 6 contained in the dimmer 7 by varying the phase angle of the current delivered across the terminals of the
gâchettes des thyristors 6.thyristor triggers 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 It goes without saying that the triggering of the triggers of the thyristors 6 can be obtained by means of a wave train or by any other equivalent means known to those skilled in the art. The triggering of the triggers then allows the loading of active power, for example, active power which will be dissipated in the resistive loads 11a, 11b and 11c. This device, as described in this nonlimiting example, therefore allows a linear variation of active or reactive load in high power for purely electrical use, which allows, for example, to maintain constant characteristics, in power, on a network. type of electricity supplier or an autonomous network of the generator type. It goes without saying that a thyristor cooling circuit is necessary but not shown in FIG. 1. This circuit mainly consists of a simple fan which therefore ensures the cooling of the thyristors. Finally, it is obvious that it will always be possible to adjust the value of the resistive loads according to the envisaged application, the examples cited in the
description n'étant donné qu'à titre indicatif et en aucun description given for information only and in no way
cas limitatifs quant aux domaines d'application du dispositif. -7 limiting cases as to the fields of application of the device. -7
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- 1998-12-03 FR FR9815277A patent/FR2786955B1/en not_active Expired - Fee Related
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