Site créer le 17/02/2000 - Dernière mise à jour le 25/06/2003
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Délesteur de puissance Ce mini-projet à été réalisé en 2000 en binôme (S. FRIANT et moi-même) durant nôtre deuxiéme année du cycle ingénieur à l'ESEO. Ce mini-projet entre dans le cadre des mini-projet d'électronnique de puissance. Voici le plan du rapport de mini-projet contenu dans cette page :
Le but de ce mini-projet est de réaliser un appareil électronique appelé "délesteur de puissance" . Ce délesteur de puissance aura pour but principal d'éviter au compteur électrique d'une installation domestique de "sauter" en cas de surconsommation d'électricité en faisant diminuer la puissance fournie au chauffage électrique. Cet appareil s'installera juste en aval du disjoncteur électrique. Il sera alimenté en 230V alternatif, et alimentera lui-même directement tous les chauffages électriques de l'installation domestique ainsi que le reste de l'installation. Le rôle du délesteur sera de s'assurer que la consommation totale de l'installation électrique domestique ne dépasse pas une certaine valeur. Pour cela, la tension d'alimentation du chauffage devra être modulée en supprimant des périodes entières de sinusoïde.
Cet appareil est destiné à des petites installations électriques domestiques de puissance maximale 6 kW. II. Structure du délesteur de puissance
Le délesteur de puissance s'articule autour de deux parties : une partie commande et une partie opérative (ou de puissance). La partie commande travaille à partir de mesures de puissance faites sur l'installation domestique. Ces mesures sont faites de façon à connaître la puissance totale consommée, la puissance consommée par le chauffage et donc la puissance consommée par le reste de l'installation. La partie commande s'occupe alors de générer un signal de commande destiné à réguler la puissance fournie au chauffage. La partie opérative alimente le chauffage en faisant varier le nombre de périodes de sinusoïde de la tension d'alimentation du chauffage. Modulation de la tension par périodes entières La tension d'alimentation fournie au chauffage est une tension sinusoïdale de valeur maximale constante (230V) provenant du secteur. Pour diminuer la puissance consommée par le chauffage, on supprime des périodes entières de sinusoïde.
On se propose de calculer la puissance consommée par une charge R donnée (chauffage), en considérant un cycle de N périodes auquel on supprime n périodes ( 0 <= n <= N ).
Pour le délesteur de puissance, on choisit de prendre un cycle de 16 périodes (N=16). D'où : Et donc : Fonctionnement du délesteur de puissance Le fonctionnement du délesteur de puissance est basé sur le nombre de périodes d'alimentation fourni au chauffage. Ce nombre représente la " quantité de délestage " du délesteur de puissance et est compris entre 0 et 15 (4 bits). Le générateur du signal de commande se base sur ce nombre pour réguler la tension d'alimentation du chauffage pendant 16 périodes de sinusoïde. La " quantité de délestage " ne doit donc pas varier pendant ces 16 périodes. Le réglage de la " quantité de délestage " vérifie les deux règles suivantes :
On s'assure en réglant PseuilINC de ne pas dépasser le seuil PseuilDEC lors de la prochaine mesure de puissance. Dans le cas contraire, le délesteur de puissance oscillerait sans cesse entre deux valeurs.
Où : La tension d'alimentation de l'installation étant
de valeur maximale constante et sinusoïdale, on peut simplifier
les valeurs de puissance en valeurs de courant : Schéma d'ensemble : Génération des signaux INC et DEC :
La génération des signaux incrémentation et décrémentation se base sur les deux mesures de puissance effectuées. Ces signaux servent à incrémenter ou à décrémenter un compteur représentant le nombre de périodes de signal à supprimer (sur 16 périodes ). Compteur/Décompteur 4 bits & Génération du signal de commande :
Il faut remarquer que le Compteur/Décompteur ne passe pas de l'état 15 à l'état 0 si on l'incrémente, et de l'état 0 à l'état 15 si on le décrémente. Le générateur du signal de commande utilise la valeur du Compteur/Décompteur pour générer le signal de commande qui traduit le nombre de périodes de signal à supprimer. Ce signal est un signal logique : un 1 pendant une période d'horloge signifie une période d'alimentation de chauffage à supprimer. Il est important de signaler que la valeur du Compteur/Décompteur ne doit pas varier pendant le cycle de génération du signal de commande, c'est à dire 16 périodes.
Etat d'avancement du mini-projet
Le schéma de cette alimentation stabilisée est basé autour de deux régulateurs classiques de tension de +5V et de -5V : un 7805 et un 7909. Composants :
Le signal d'horloge, utilisé par l'EPLD doit être synchronisé avec la tension d'alimentation provenant du secteur. Pour créer un signal carré à fronts abrupts, on utilise un montage à transistor fonctionnant en saturé bloqué, à gain élevé. La fréquence de l'horloge est donc de 50 Hz en synchronisme avec la tension d'alimentation de l'installation domestique. Composants :
Nous utilisons un triac pour commander l'ouverture et la fermeture du circuit de puissance du chauffage électrique. Un driver de triac, le MOC3041 est utilisé pour isoler électriquement la partie puissance de la partie de commande. Nous utilisons le schéma d'utilisation du driver de triac standard donné par la documentation du composant. Composants :
Capteur de courant à effet HALL
Le courant maximal à mesurer I vaut 36,9A. Le nombre de spires bobinées sur le tore doit être relativement important compte tenu de l'ordre de grandeur du courant à mesurer. Cependant, nous n'avons pu réaliser que soixante tours de bobinage (Imax = 0,615A). On désire avoir une tension d'environ 15V max. aux bornes de la résistance de charge, on choisit alors une résistance de valeur 30 W. La puissance dissipée par cette résistance vaut 12 Watts. La valeur mesurée par notre capteur étant une valeur de courant maximale, on utilise un pont de diodes afin d'effectuer un redressement double alternance du courant i (courant image de I), puis on filtre le signal par une capacité. La valeur de cette capacité est fixée en fonction de la constante de temps RC. Composants :
Remarque : Nous avons fabriqués deux capteurs de ce type. Génération des signaux INC et DEC
Le schéma fonctionnel du générateur des signaux incrémentation et décrémentation a été réalisé à l'aide d'amplificateurs opérationnels. Composants :
Nous avons utilisé le circuit EP910PC_30 que nous avons programmé à l'aide de Max+II. Le nombre de macro cellules utilisées est de 19 et le programme écrit en AHDL est donner en annexe. Notre programme se décompose en deux parties :
Le Compteur/Décompteur Ce Compteur/Décompteur a été réalisé à l'aide de la machine d'état. Cette machine ne change d'état que lorsque le signal valid et le signal non_raz sont à 1. Le signal valid est un signal qui passe à 1 à chaque fois que le compteur appelé cpt prend la valeur 14. Le reste du temps le signal valid est à zéro. Le signal non_raz est généré à partir du signal on. Le signal on est un signal qui passera à 1 dès que notre dispositif commencera à fonctionner. Le signal non_raz prend la valeur du signal on avec un coup d'horloge de retard (par le biais d'une bascule D). Cette machine change d'état en fonction de deux paramètres que nous avons appelé INC et DEC et qui lui sont envoyés en entrée. Principe de fonctionnement :
En sortie de cette machine d'état on obtient un entier p compris entre 0 et 15 et correspondant au nombre de périodes de signal de chauffage à supprimer. Le générateur de commande Il a été réalisé à l'aide du Grafcet. La première étape est une étape d'initialisation et la seconde est utilisée pour incrémenter un compteur 4 bits en permanence. Le signal de commande est généré à l'aide d'une équation logique basée sur les valeurs de ce compteur. L'une des principales raisons pour laquelle nous n'avons pas pu terminer ce mini-projet a été du à la conception des capteurs de courants. La fabrication des capteurs de courant à été longue et nous n'avons pas eut le temps de pouvoir les caractérisés. Aussi, nous pensons que le réglage de la partie " Génération des signaux INC et DEC " nous aurait pris beaucoup de temps. En effet, cette partie entièrement analogique constituée de 7 amplificateurs opérationnels se base sur des signaux qui, d'après l'utilisation possible du délesteur de puissance, sont estimés assez proches. Les soustracteurs, amplifications et les comparaisons nécessitent donc beaucoup de précision. On peut alors se trouver confronté à des problèmes liés aux signaux analogiques. L'une des solutions possibles consisterait à numériser la valeur mesurer par les capteurs et à traiter ces valeurs à l'aide de logiques programmables.
Ce mini-projet a été très enrichissant. En effet, il nous a non seulement permis d'approfondir et d'appliquer nos connaissances en électronique de puissance et en automatique, mais en plus il nous a permis de voir une utilité concrète de l'utilisation des circuits programmables. Ce mini-projet a été d'autant plus intéressant qu'il s'agissait de réaliser un système concret pouvant être utilisé sur une installation domestique. Cependant, la longueur de ce mini-projet ne nous a pas permis de le finir dans le temps qui nous était donné.
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Alimentation
+5V, -5V terminé. 
Partie puissance non câblée. 
