MODULE 02 Systme de commande SCR

Systme de commande SCR

SOMMAIRE

1. INTRODUCTION1.1 Objectifs de la squence1.2 Programme de la squence1.3 Dmarche de la squence 2. RAPPELS THEORIQUE (ELECTRONIQUE DE PUISSANCE)2.1 Moteur DC A. Dfinitions et description B. Principe de fonctionnementC. Entretien des moteurs DC2.2 Redresseur triphas A. Thorie de fonctionnementB. Pont SCR3. SYSTEME DE COMMANDE SCR3.1 Description fonctionnelle et spcifications3.2 Procdures oprationnellesA. Dmarrage de moteurB. Mise en ligne et synchronisation des alternateursC. Mise hors ligne de lalternateur larrt du moteur 4. SYMBOLES ET ABREVIATIONS DU SCHEMAUNIFILAIRE4.1 Introduction4.2 Abrviations standard 4.3 Symboles standard4.4 tude schmatique des circuits5. CONTROLE PRELIMINAIRE DES CIRCUITS 5.1 Prambule5.2 Contrle journalier5.3 Les ennemis du systme1. INTRODUCTIONa. Objectifs de la squenceA lissue de cette squence le stagiaire sera capable de:

Rappeler les principes des machines a courant continue et les techniques de redressement. Identifier les diffrents lments du systme SCR. Lire et suivre un circuit lectrique sur un schma unifilaire.

b. Programme de la squence

INTRODUCTION RAPPELS THEORIQUE (ELECTRONIQUE DE PUISSANCE) Moteur DC Redresseur triphas SYSTEME DE COMMANDE SCR SYMBOLES ET ABREVIATIONS DU SCHEMAUNIFILAIRE Introduction Abrviations standard Symboles standard tude schmatique des circuits CONTROLE PRELIMINAIRE DES CIRCUITS EVALUATION

c. Dmarche de la squence On va appliquer plusieurs stratgies pdagogiques tel que: La mthode expositive et dmonstrative et parfois on essayer dappliquer la mthode active dappropriation.2. RAPPELS THEORIQUE 2.1 Moteur DC a. Thorie Tout se passe comme si un conducteur plac dans un champ magntique daxe fixe et parcouru par un courant t soumis une force lectromagntique (force de Laplace).La direction et le sens de cette force sont donns par la rgle des trois doigts de la main droite.

Majeur ------ champ MagntiqueIndex ------- Intensit du courantPouce ------- Pousse (force)

b. Dfinitions et description Le moteur courant continu est un convertisseur lectromcanique permettant la conversion bidirectionnelle de lnergie. Suivant la mthode de cration du champ magntique, on distingue les excitations lectromagntique et magntolectrique. Si la premire est cre laide de bobines, la seconde est ralise laide daimants permanents. Lexcitation lectromagntique est la plus rpandue. Elle peut tre obtenue laide dune source dalimentation indpendante, ou bien travers linduit (auto-excitation).

Selon le mode de connexion de lenroulement dexcitation par rapport linduit qui a une grande influence sur les proprits de moteur, on distingue les excitations indpendante, shunt, srie et compose.

Elles sont ralises pour diffrentes gammes de puissances, de tensions et de vitesses de rotation. Cependant la prsence du collecteur limite ces moteurs en puissance et en tension. Leur avantage principal rside dans la simplicit de commande et de rgulation. Mme sils sont de moins en moins utilises dans le domaine de lindustrie et forage (Treuil, Table rotation, La pompe a boue, Top drive DC), leur emploi comme moteur reste sans quivalent dans le domaine des faibles vitesses ; les quipements domestiques, automobiles (essuie glaces, ventilateurs, dmarreur),

c. Pourquoi choisir un moteur DC?Beaucoup dapplications telles que le domaine de forage ncessitent un couple de dmarrage lev. Le moteur DC par nature, possde une caractristique couple/vitesse de pente importante, ce qui permet de vaincre un couple rsistant lev, et dabsorber facilement les coups de charge ; la vitesse du moteur sadapte sa charge. Dautre part, la simplification recherche par les concepteurs trouve dans le moteur DC est une solution idale, puisque prsentant un rendement lev, en comparaison aux autres technologies.d. Constitution Un moteur DC comporte deux parties :Le stator: partie fixe, constitu par un aimant ou un lectroaimant appel galement inducteur qui cre un champ magntique dirig vers l'axe du rotor.Le rotor: partie mobile, appel galement induit, constitu par un cylindre d'acier doux la priphrie duquel sont disposs des conducteurs relis aux lames du collecteur sur lesquelles frottent des charbons, ou balais, qui assurent la liaison avec les bornes du moteur.

e. Relation et caractristiques

1. Couple en fonction du courantLe couple est proportionnel au courant dinduit

2. La vitesse en fonction de la tension dinduit

3. Entretien des moteurs DCLentretient du moteurs DC est trs ncessaire pour le garder en bonne tat et pour viter les panes. Habituellement, on fait les tapes suivantes: Nettoyage par pression daire. Nettoyage du moteur par jet deau et dcrassage lextrieur. Nettoyage en rotation par pierre ponc du collecteur. Nettoyage entre lames des collecteurs. Nettoyage des collecteurs avec le papier vers. Changement et entretien des cbles de puissance. Changement des charbons. Emplacement des cosses des cbles de puissance.

2.2 Redresseur triphas

a. Redresseurs monophass non command Avant de dcrire un redresseur en pont de diodes triphas, il convient dexaminer plusieurs redresseurs monophass simples. Lexemple le plus lmentaire est un redresseur demi-onde monophas.

Redresseur demi-onde monophas et redresseur en pont pleine onde

Il consiste en une diode monte en ligne avec une sortie AC monophas. La sortie est une tension DC pulse qui varie entre la tension zro et maximale.La diode conduit pendant 180, la sortie augmentera de zro au maximum et repassera zro.Un pont redresseur plein onde de diodes monophas comporte quatre diodes. Chacune des lignes dente AC comporte de diodes qui lui sont relies. Chacune de ces diodes est connecte une ligne de sortie DC diffrent. Les diodes sont automatiquement actives et dsactives quand la polarisation change. Ce processus sappelle la commutation.

b. Redresseurs triphass non command

Dans un redresseur en pont de diodes triphas, les choses deviennent lgrement plus intressantes. Mme si la diode est capable de conduire pendant 180.La raison en est que la diode connecte deuxime phase AC devient plus positivement polarise que la diode connecte la premire phase. A ce moment-l, la diode connecte la premire phase arrte de conduire et la diode connecte la deuxime phase commence conduire.Ce processus se produit sur les deux branches de tension de sortie du redresseur.La seul diffrence est que les vnements sur les deux branches de tension se sortie se produisent 60 dcart.

Phase ABorne +

Phase B

Phase C

Borne -

Redresseurs triphass non command

c. Redresseurs triphass commandSe redresseur possde six thyristors ou lieu des diodes, le thyristor est un lment semi-conducteur assez similaire la diode jonction, utilise aussi pour le redressement du courant alternatif, il laisse passer le courant lectrique dans un seul sens, de lanode (A) la cathode (K). Cependant, le thyristor possde une troisime lectrode sappel la gchette (G, en anglais gate). Le thyristor ne conduira que si un courant minimum et positif est fourni la gchette.On pourrait rsumer en disant que le thyristor est une diode commande et plus prcisment une diode de redressement commande.En anglais, il est dsign par l'acronyme SCR, sest dire: Silicon Controlled Rectifier (redresseur command base de silicium).Donc le SCR est un lment semi-conducteur possde une anode et une cathode, mais il possde, en plus, une troisime lectrode appele gchette. On dit que le SCR est conducteur lorsque: 1. lanode sera positive par rapport la cathode. 2. la gchette sera positive par rapport la cathode.

Le SCR (Redresseur command base de silicium)

Le pont SCR

Un pont thyristors est constitu de six thyristors comme le montre la figure suivante chaque phase d'arrive alternative est relie deux redresseurs. L'un alimente les jeux de barre positive, l'autre le ngatif. Un thyristor ne conduit que lorsqu'il a t allum par une impulsion de commande partir de la carte lectronique. En changeant le moment de l'allumage pendant chaque cycle alternatif, on modifie la quantit de tension envoye au moteur DC qui peut aller de zro la tension maximum.

Pont SCR

1. SYSTEME DE COMMANDE SCR

a. Description fonctionnelle et spcifications

La variation de la vitesse de moteur DC trs simple, on a vue ( 2.1 e) que la relation entre la vitesse de rotation et la tension V est une relation direct, mme chose pour la relation entre le couple et le courant dinduit. Le pont SCR cest le responsable dlvation et de diminution de la tension. Un circuit lectronique appel circuit dallumage qui rceptionne un signal de rfrence entre (0 et -8.2) VDC est responsable de la commande de ces paramtres par la variation de la valeur de signal donne langle douverture et de fermeture de thyristor entre (0 et 120), langle 0 donne la grande valeur de tension DC par contre la 120 donne la plus petite valeur.

Schma de principe du systme de commande SCR

Principe de fonctionnement du pont SCR. Trois phases (A, B, C) alimentent le pont travers un disjoncteur. Chaque phase AC est connecte deux SCR. Par exemple, la phase A est connecte aux SCR (A+) et (A-). Le SCR (A+) alimente la sortie (DC+), alors que le SCR (A-) alimente la sortie DC(-). Les SCR conduisent sils reoivent des impulsions dallumage travers des bornes gchette et cathode de chaque SCR. Les impulsions dallumage sont gnres dans le DC module.

L'armoire thyristors contient un convertisseur en montage hxaphase, pouvant dbiter jusqu' 1800A DC mais fonctionnant gnralement 1650A DC quand il est utilis pour les pompes bout.Une armoire contient le disjoncteur d'arrive alternatif, les ventilateurs de refroidissement, les dparts continus sur contacteurs CC, et le module lectronique.

On nobserve que SCR A+ une polarisation directe entre 30 et 150. Tous ont une polarisation directe pour le flux de courant pondant 120 de chaque cycle AC. Le SCR peut tre amorce (dbut de conduction) nimporte quand pendant cette priode de 120, cette priode de 120 est dfinie comme la gamme de langle dallumage ()Quand =0, les SCR sont amorces ds quils ont une polarisation directe. La sortie du pont SCR est maximale dans ce cas. Le pont SCR fonctionne tout juste comme un pont de diodes, cette donne une VDC moyenne maximale (nous lappelons notre VDC de rfrence ou 1).

Forme donde SCR =0

Si = 60, les SCR ne sont pas amorces avant 60aprs le moment o ils ont une polarisation direct, dans ce cas, la VDC moyenne est 0.5.

Forme donde SCR =60

Si = 90, les SCR ne sont amorces avant 90aprs le moment o ils ont une polarisation direct, dans ce cas, la VDC moyenne est zro.

Forme donde SCR =90

a. SpcificationsEntre alternative (AC) Tension AC dentre: 600 volts, 60Hz, triphas. Puissance disponible: dpend de la puissance installe (groupes de force). Rgulateur pour le diesel:1. Sensibilit de frquence: 0.5Hz, tat rgulier.2. Temps de rponse: 1 seconde.3. Dsquilibre de la charge: 5% de la charge de fonctionnement. Rgulateur de tension de lalternateur:1. Rgulation: 3%.2. Temps de rponse: 1 seconde.3. Dsquilibre de la charge: 10% de la charge (puissance ractive).

Sortie continue (DC): Tension de sortie: (0 750) volts DC / de 0 jusquau maximum dintensit. Intensit de fonctionnement: rgime continu, le courant de sortie du pont SCR varie de (0 1800) Amps DC, mais reste dpend du modle dunit utilise.Spcifications mcaniques Plage de temprature de fonctionnement:(-22F 140F) = (-30C 60C)

b. Description fonctionnelle

Schma unifilaire du systme SCR

On remarque sur le schma que la puissance dlivre par les groupes lectrognes est collecte sur le jeu de barres commun AC. Le redressement de la tension AC en tension DC variable seffectue au niveau des ponts des SCR, la tension du pont est applique directement aux moteurs de traction via les contacteurs de puissance et la logique du contacteur est ajuste au niveau de la console de commande.Dmarrage du diesel1. Mettre le bouton de contrle du diesel sur la position Idle.2. Dmarrer le diesel et laisser le fonctionner jusqu son chauffement.3. Remettre le bouton de contrle du diesel sur la position Run

Mise du premier alternateur en ligne1. Faites tourner le bouton Synch Switchcorrespondant lalternateur dsir mettre en ligne. Le bouton Push To Close devra sallumer au niveau du panel de lalternateur.2. Ajuster la vitesse 60Hz.3. Ajuster la tension 600 volts.4. Charger le ressort du disjoncteur.5. Fermer le disjoncteur en poussant le bouton Push To Close.6. Faites tourner le bouton du synchroniseur Synch Switch sur la position OFF.

Synchronisation des alternateurs1. Faites tourner le bouton Synch Switch sur le numro de lalternateur dsir mettre en ligne.2. Ajuster la tension 600 volts.3. Ajuster la vitesse de rotation jusqu ce que le synchroniseur - mtre commence bouger doucement dans le sens des aiguilles dune montre et que la lueur des lampes de synchronisation commence faiblir tout doucement.4. Charger le ressort de disjoncteur en manipulant plusieurs fois sur la poigne de celui-ci.5. Fermer le disjoncteur quand la lueur de synchronisation commence disparatre et que le bouton Push To Close sallume.6. Ajuster la tension de telle faon que les alternateurs en ligne affichent une mme valeur de puissance ractive.7. Fait tourner le bouton Synch Switch dans la position OFF.

Mise hors ligne de lalternateur larrt du moteur 1. Ouvrir le disjoncteur, en mettant sa poigne sur la position OFF.2. Mettre le bouton de contrle Engine Control Switchdans la position ralenti Idle.3. Si le bouton de gouverneur dispose dune position OFF, mettez-le sur celle-ci, mais attendre que le diesel se refroidisse.4. Si le systme est pourvu dun bouton poussoir pour le gouverneur de contrle, larrt de diesel peut tre effectu partir de ce dernier.

2. Avantages et inconvnients du systme SCR2.1. Avantages: Centrale de production dnergie unique avec groupes Diesel Alternateurs, identiques, compacts. Compte tenu de lutilisation raisonnable des groupes; Possibilit de rduire considrablement la puissance installe. Trs grande simplicit de lexploitation de la centrale en raison de la commande distance des moteurs diesel, de lautomaticit des manuvres de synchronisation, couplage et rpartition des charges. Remplacement des gnratrices courant continu par des alternateurs plus simples, plus faciles entretenir et moins chers, puissance gale. Trs grande simplicit de mise en et hors service des quipements de forage. Squence prliminaires (excitation, ventilation, graissage) automatises, pas de problme daffectation (trs grande flexibilit). Excellent rendement de la transmission statique. Entretien rduit en raison du nombre limite des machines tournantes (do un temps dindisponibilit divis pratiquement en deux / cots de maintenance rduit. Bonne fiabilit. Lquipement lectronique en particulier les thyristors, subissent une slection trs svre. Tous les composants actifs (transistor, diodes, thyristors etc.) sont au silicium; ils supportent sans inconvnients des tempratures ambiantes de lordre de 50. Compte tenu, quen comparant ( loscilloscope) les tensions et les formes dondes prvues par le Check list et les valeurs trouves sur les points de contrle, on dcle aisment les lments dfectueux et on procde leur remplacement. Compte tenu, de cette technique, il est possible que le dpannage soit plus rapide sur les transmissions convertisseurs statiques que sur des transmissions WARD-LEONARD (systme DC - DC). Absence dajustements lectriques. Temps de rponse trs rapide. Prcision dans la rgulation.

2.2. Inconvnients: La commutation des convertisseurs statiques (thyristors) engendre des harmoniques de tension, ce qui entrane: Pertes et chauffement supplmentaires au niveau des moteurs asynchrones aliments par le jeu de barres. Formation des parasites pouvant entraner des perturbations dans le fonctionnement du systme de tlcommunications ainsi que dans certains automatismes transistoriss do lobligation de blinder les cbles, du moins ceux des circuits de contrle. Complexit technologique. Il sagit dquipements lectroniques relativement volus. Fonctionnement cosbas lorsque les moteurs courant continu tournent basse vitesse et couple lev. Au niveau des alternateurs, cela se traduit par une faible charge active et une intensit leve dus la composante ractive de la puissance qui pour effet daugmenter lchauffement des alternateurs. Par contre, les moteurs diesel risquent dtre insuffisamment chargs.

3. SYMBOLES ET ABREVIATIONS DU SCHEMA UNIFILAIRE

3.2. IntroductionLe rle principale de llectricien sur le chantier est de dpann toutes les quipements lectriques de la sonde. Cette opration doit effectuer laide des schmas unifilaires de chaque lment, cest pour cela, quil faut comprendre comment? Lire; suivre et contrler un circuit lectrique partir de schma unifilaire correspond ce dernier ? Le manuel technique ROSS HILL fournit des informations relatives au fonctionnement, entretien et dpannage du tous les systmes de commande. Cest pour cela, notre tude doit baser sur ce manuel.2.2. Abrviations standard AbrviationEnglish Signification anglaisSignification franais

Abr dunitAAACADCCFFHHPHzKKVKWMmmAmHKCMILnnFppFpfPSIVVAVACVARVDCWZ

ComposantsALMACBKDBLOBRCCBCMCOMCPCPCCPTCTCVTC/ODDBDCDIVDPDWERCFFSGENGNDHEDHOAHSHSEHTRHVRICIDISOI/OINVKLLSMMPMPCMOVMSMTRNTLN/PODOLOUTLPPBPBSSPCPCBPFCPLPLCPNLPMPOTPTRRECRECTRLRTRTDR/OSSCRSHSTSWGRTTBTDTSUPSUVRVVFDXFMRAmpsAmps Alternating CurrentAmps Direct CurrentDegrees CelsiusDegrees FahrenheitFaradsHenriesHorse PowerHertz (Cycles per Second)Kilo (103)Kilo VoltsKilo WattsMega (106)Milli (10-3)Milli AmpsMilli HenriesMicro (10-6)Thousand Circular MilsNano (10-12)Nano FaradOhmsPico (10-9)Pico FaradPower FactorPounds per Square InchVoltsVolt AmpsVolt Alternating CurrantVolt Amp ReactiveVolt Direct CurrantWattsImpedance

Alarm Air conditionerBlocking diodeBlowerBridgeCapacitorCircuit breakerControl moduleCommonCement pumpCement pump consoleControl power transformerCurrent transformerConstant voltage transformerChain oilerDiodeDynamic brakeDriller consoleDiverterDistribution panelDraw worksEngine room consoleFuseFuse switchGeneratorGroundHall effect deviceHand/Off/AutoHeat sinkHouseHeaterHigh voltage resistorIntegrated circuit Inside diameterIsolatorInput/OutputInverterContactorInductorLevel switchMeterMud pumpMud pump consoleMetal oxide VaristorMotor starterMotorNeutralNameplateOutside diameterOverload relayOutletPolePush buttonPush button Start/StopPrinted circuitPrinted circuit boardPower factor correctorPhaseLightProgrammable logic controllerPanelPrime moverPotentiometerPotential transformerResistanceReceptacleRectifierRelayRotation tableResistive temperature deviceRod oilerSwitchSilicon Controled RectifierShieldShunt tripSwitchgearTransformerTerminal blockTop DriveTemperature switchUninterruptible power supplyUnder voltage release VoltmeterVariable Frequency DriveTransformerAmpresAmpres courant alternatifAmpres courant continuDegrs CelsiusDegrs FahrenheitFaradsHenriesHorse PowerHertz (Cycles per Second)Kilo (103)Kilo VoltsKilo WattsMga (106)Milli (10-3)Milli AmpresMilli HenriesMicro (10-6)Millier mils circulairesNano (10-12)Nano FaradOhmsPico (10-9)Pico FaradPower Facteur de puissanceLivres par pied carrVoltsVoltampresVolt courant alternatifVoltampres ractifsVolt courant continuWattsImpdance

AlarmeClimatiseurDiode de blocageSoufflantePontCondensateurDisjoncteurModule de commandeCommunPompe cimentConsole de pompe cimentTransfo de commande de puissance Transfo de courantTransfo de tension constanteGraisseur de chaine DiodeFrein dynamiqueConsole de foreurDviateurPanneau de distributionTreuil de forageEnceinteFusibleInterrupteur fusibleGnrateurTerreDispositif effet HallMan/Arrt/AutoPuits thermiqueLogementRchauffeurRsistance haute tensionCircuit intgrDiamtre intrieurIsolateurEntre/sortieInverseurContacteurInducteurInterrupteur de niveauAppareil de mesurePompe boueConsole de la pompe boueVaristor oxyde mtalliqueDmarreur de moteurMoteurNeutrePlaque signaltiqueDiamtre extrieurRelais de surchargeSortiePleBouton-poussoir Bouton-poussoir Dmar/Arrt Circuit imprimCarte de circuit imprimCorrecteur de facteur de puissancePhaseVoyantContrleur programmablePNLForce motrice PotentiomtreTransformateur de potentielRsistancePriseRedresseurRelaisTable de rotationDtecteur de temprature RGraisseur de tigeInterrupteurRedresseur command au siliciumBlindageDclencheur shuntAppareillage de commutation TransformateurBornierRelais de temporisationThermostatAlimentation sans coupureDclenchement de chute de tensionVoltmtreCommande par variation de frquenceTransformateur

2.3. Symboles standardSymboles avec signification en franais

Symboles avec signification en franais (suite)

Rhostat

2.4. tude schmatique des circuits

Schma unifilaire du systme SCR

4. CONTROLE PRELIMINAIRE DES CIRCUITS 3.1. Prambule: Cette section contient les informations relatives au contrle de bon fonctionnement du systme de commande SCR. Ce contrle doit tre effectu tous les jours. Si le systme ne passe pas une partie quelconque du contrle, on utilise une technique de dpannage bien dtermine pour localiser le dfaut. 3.2. Contrle journalier:Les vrifications suivantes doivent tre effectues pour sassurer du bon fonctionnement du systme. Vrifier les voyants et les appareils de mesure sur les armoires et consoles de commande. Vrifier les indicateurs de dtecteurs et le pourcentage de dfaut terre. Vrifier les paramtres dalimentation constante (tension, frquence). Vrifier les paramtres dalimentation variable (courant, P et Q), et sassurer. que le partage de ces paramtres entre les gnrateurs sont gal. Sassurer que touts les soufflantes du systme SCR sont en marche. Inspecter les filtres dentre de refroidissement et les nettoyer/remplacer selon les besoins.

3.3. Les ennemis du systme:

Service rude: Le systme de commande doit tre utilis dans les limites ces capacits. Une commutation brusque peut entrainer une surcharge transitoire prjudiciable. Chaleur: Les lments peuvent brusquement tomber en panne suit un chauffement excessif. Bien que le systme soit prvu pour un service entre -22F 104F (-30C40C). sont vieillissent est plus vite des tempratures extrmes. Il convient dinspecter frquemment les ensembles pour dtecter tous signes de surchauffe, tels quune carbonisation ou isolation brule due des connexions desserres. Vibration: Les units du systme de commande ne produisent pas de vibration. Toutefois, des vibrations dues des machines tournantes, telles que le groupe gnrateur, peuvent entraner une contrainte mcanique qui peut desserrer des connexions et fissurer lisolation. Poussire: La poussire est attire par les surfaces dappareillage de commutation haute tension, ce qui peut entrainer la survenance de discontinuits des circuits. Humidit: Lhumidit aggrave les problmes causs par la poussire, les contaminants sagglutinent sur les lments et la conductivit sen trouve accrue. En plus, il peut produire une certaine corrosion.

12 WWW.ENAFOR.DZ Par F.BOUKHENOUFA Un

Gn

CoupleG (Nm)

In I induit (A)

I0

I0 (courant vide)

In (courant nominal)

n0nn

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Un U induit (V)

U0