LE PROBLÈME
L’électricité produite dans les centrales électriques circule dans les réseaux de transport et de distribution d’électricité et est fournie / livrée aux consommateurs; la qualité de l’électricité (appelée “qualité de l’énergie”) est l’un des facteurs importants qui déterminent l’efficacité économique des consommateurs et des réseaux électriques.
Un grand nombre d’appareils électriques sont conçus pour fonctionner alimentés avec une tension sinusoïdale, caractérisée par une valeur nominale (ex. 400V) et une fréquence nominale (ex. 50Hz).
En réalité, la distribution de l’énergie n’assure pas la stabilité des paramètres. En particulier, la tension d’alimentation peut subir des variations même sensibles par rapport au nominal. Ceci peut provoquer des situations non désirées et potentiellement dangereuses pour l’utilisateur.
Ces variations peuvent êtres “rapides” et s’épuiser en quelques ms (par exemple en conséquence de foudres qui s’abattent sur les lignes) ou “lente” avec un décours de diverses secondes, minutes ou heures selon la cause.
Les variations lentes de la tension peuvent être déterminantes et due à une augmentation de la tension (mauvais réglage de la tension MT par le distributeur d’énergie, déconnection de grosses charges du réseau, surtension en sortie des groupes électrogènes, etc.) ainsi que, plus fréquemment, un abaissement de la tension (connexion de charges importantes au réseau, démarrage de moteurs, lignes électriques sous-dimensionnées, panne à la mise à terre, mauvais réglage de la tension MT).
Bien qu’il y ait des différentes solutions pour les problèmes sus-indiqués, dans le cas de variations de tensions, le stabilisateur reste la meilleure solution en termes de rapport de coûts/rendement.
LA SOLUTION
Le stabilisateur de tension a démontré d’être une solution efficace afin de prévenir des situations potentiellement dangereuses dues à l’instabilité de la tension d’entrée.
Les situations typiques d’installation où la tension peut fluctuer plus des valeurs autorisées même pour des appareils standards sont :
- Utilisateurs alimentés par un réseau “faible” ou sous dimensionné, ce qui arrive dans les zones rurales ou dans le cas de longues lignes d’alimentation (fermes, villages touristiques, hôtels etc.).
- Utilisateurs à proximité des centrales et alimentés par un réseau qui peut avoir des hausses de tension.
- Maisons avec des équipements de grande puissance (pompes pour piscines, climatisation, éclairage spécial, ascenseur) et/ou particulièrement sensibles aux variations de tension.
- Utilisateurs situés en proximité de grandes installations industrielles, avec la présence d’équipements de grande puissance unitaire (moteurs MT) qui peuvent provoquer des baisses de tension lors du démarrage.
- Les utilisateurs en île (navires, plates-formes au large des côtes, utilisateurs non connectés au réseau public de distribution).
Par rapport aux autres types d’équipements, le choix d’un stabilisateur de tension présente une série d’avantages qui le rendent souvent la solution optimale :
- Le coût est généralement inférieur.
- Garantie d’une excellente stabilité de la tension en sortie, même face à des variations en entrée.
- Il n’introduit pas de pollution harmonique.
- Robustesse, fiabilité et peut être utilisé même dans un milieu difficile.
- Il peut travailler même avec une surcharge égale à deux fois le courant nominal (jusqu’à 2 min.).
- Absence de batteries, et donc problématique en termes de stockage, transport, entretien et élimination/recyclage.
- Réglage progressif et fiable de la tension d’alimentation des charges assurant une précision en sortie de ± 0,5% de la tension nominale, même face à des variations importantes de la tension d’entrée.
- Rendement très élevé.
- Sensibilité réduite à des courants de démarrage élevés.
- Dimensions réduites, simplicité d’utilisation et fonctionnement direct.
STABILISATEURS DE TENSION ÉLECTROMÉCANIQUES OU ÉLECTRONIQUES?
Le stabilisateur électronique est utilisé lorsque la vitesse de correction représente le vrai problème critique.
Le stabilisateur électronique (à utiliser, par exemple, les ordinateurs, l’équipement de laboratoire, les bancs de mesure et l’instrumentation médicale) a un temps de correction de 3 millisecondes pour une régulation complète par rapport au temps de correction du stabilisateur électromécanique qui va de 10 à 50 millisecondes (selon le modèle) par volt.
CRITÈRES DU CHOIX DU MODÈLE
Nombre de phases
Le nombre de phases d’un stabilisateur dépend du type de charge :
- si la charge est monophasée, il faut choisir un stabilisateur monophasé ;
- combinaison de plusieurs charges monophasées sur la même ligne: choisissez un stabilisateur triphasé ou un stabilisateur monophasé pour chaque charge ;
- si la charge est triphasée, il faut choisir un stabilisateur triphasé.
Tension nominale
Étant donné que, au niveau international, les tensions nominales varient, il faudrait vérifier les tensions nominales d’entrée et sortie du stabilisateur. Pour les systèmes triphasés on doit fournir la valeur enchaînée des tensions. Les modèles standards triphasés peuvent fonctionner avec tension nominale 380V-400V-415V ou tension nominale 440V-460V-480V (60Hz).
Ampleur de la variation en entrée
C’est une donnée très importante pour la sélection et la conception du stabilisateur. Identifier l’étendue de l’oscillation de la tension d’entrée et garder une marge de sécurité sur ce pourcentage : si, par exemple, on mesure des variations de tension de ±16% sur la nominale, on choisit un stabilisateur dimensionné à des variations de ±20%. Attention : si l’entrée est supérieure à la variation prédéterminée, la différence est ajoutée à la précision de sortie; par exemple si un agent stabilisant dimensionné pour ±15% reçoit une variation de +20%, la précision de la tension de sortie ne sera plus ± 0,5% mais ± 5,5%.
Type de contrôle
Les stabilisateurs de tension triphasée standard sont réalisés avec un contrôle à phases indépendantes. Le stabilisateur devra être connecté au neutre de la ligne d’alimentation. En absence de la ligne neutre, il est possible, sur demande, de fournir le stabilisateur d’un accessoire spécial.
Technologie
Dans la plupart des applications, le stabilisateur de tension électromécanique est un outil fiable et sûr. En cas de vitesse de régulation élevée est nécessaire (millisecondes), il est préférable de choisir la solution avec régulation au moyen de commutateurs statiques IGBT.
Puissance nominale
Tous les stabilisateurs sont conçus pour le courant maximum d’entrée. Il est conseillé de garder une marge de sécurité pour une éventuelle extension future de l’installation. La puissance du stabilisateur est exprimée en kVA, tandis que la puissance de la charge est normalement exprimée en kW. Il faut considérer que la liaison entre ces deux unités de mesure est fournie par le facteur de puissance (cos φ) : kVA = kW / cos φ. Si le facteur de puissance et/ou la puissance en kW ne sont pas facilement déterminés, on doit détecter les courants absorbés et, en tenant compte des formules suivantes pour effectuer un correct dimensionnement du stabilisateur.
- kVA (monophasé) = Tension de charge x Courant de charge.
- kVA (triphasé) = racine de 3 x Tension de phase x Courant de charge.
Installation
Sélectionner les autres caractéristiques du stabilisateur selon le type d’installation. En particulier, il faut savoir :
- Degré de protection IP ( lié à l’ambiance d’installation ).
- Installation à l’intérieur ou à l’extérieur.
- Altitude et caractéristiques climatiques du site.
- Température ambiante.
- Conditions environnementales dangereuses, comme atmosphère corrosive, exposition à produits chimiques, etc.
Accessoires
Il est possible de réaliser des stabilisateurs équipés de :
- Dispositifs d’interruption et de protection.
- Protection contre les sous et surtensions en sortie.
- By-pass line.
- Transformateur d’isolement en entrée.
- Système de correction du facteur de puissance intégré.
- Parafoudres SPD Class I et II.
- Filtres EMI / RFI.
- Réacteur de point neutre.
- Degré de protection jusqu’à IP54 intérieur / extérieur.
Constructions spéciales
Au moyen de quelques modifications, il est possible d’obtenir des stabilisateurs “spéciaux” en mesure de :
- Traiter des variations de tension d’entrée asymétriques différent de la gamme standard (par exemple, de –55% à +20% de Vn).
- Fournir une tension de sortie différente de celle d’entrée (par exemple V entrée = 400V ±15%, V sortie = 460V ±0,5%).
CRITÈRES DE CONSTRUCTION
Le stabilisateur de tension est un dispositif de puissance qui est interposé entre la source d’alimentation et la charge, afin d’assurer à cette dernière une tension qui a une plus petite plage de variation (±0,5% par rapport à la valeur nominale) que celle que le réseau et/ou le système d’alimentation peuvent garantir.
La stabilisation se produit sur la “réelle valeur efficace” et n’est pas affecté par les harmoniques du réseau ; aussi de sa part, le stabilisateur n’introduit pas d’harmoniques parce que l’ajustement ne se produit pas en agissant sur les sinusoïdes des ondes.
Le stabilisateur n’est pas influencé par le facteur de puissance de la charge (cosφ) et fonctionne avec une plage de variation de la charge à chaque phase de 0 à 100% avec une vitesse de réglage qui dépend du pourcentage de variation de la tension d’entrée et du type de construction (à titre indicatif, cela peut varier entre 8 et 30 ms/V).
Le stabilisateur de tension digital est essentiellement constitué par un transformateur buck/boost, un régulateur de tension et un système de contrôle électronique. Basé sur des microprocesseurs qui contrôlent la tension de sortie en haute fréquence, le système de contrôle actionne les moteurs du régulateur. De cette façon, ils changent la position des contacts du régulateur et, pour conséquent, la tension retirée et fournie au primaire du transformateur “booster”. La tension sur le secondaire est en phase ou en opposition de phase pour rapport à la tension de réseau et donc elle a s’ajouter ou se soustraire à cette dernière, en compensant les variations.
Le régulateur de tension n’est qu’un autotransformateur à rapport variable. Selon à la puissance nominale du stabilisateur, le régulateur peut être en forme de colonne ou toroïdal.
CONCLUSIONS
La disponibilité d’une alimentation de tension stable indépendamment des fluctuations en entrée est très souvent la solution pour assurer l’efficacité et la fiabilité pour l’utilisateur final.
Réduction de la productivité, perte de données, perte de sécurité, panne des machines, informations inexactes et troubles domestiques sont quelques exemples des problèmes potentiels causés par une alimentation instable. Naturellement, tout cela comporte une augmentation des coûts.
