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T. BEP. E TP LES HARMONIQUES Page 1
NOM: CLASSE:
PRÉNOM:
-- TTPP -- LLEESS HHAARRMMOONNIIQQUUEESS..
DOSSIER PROFESSEUR
BB..EE..PP.. MMEETTIIEERRSS DDEE LL’’EELLEECCTTRROOTTEECCHHNNIIQQUUEE
T. BEP. E TP LES HARMONIQUES Page 2
Fonctions Tâches
F3MISE ENSERVICE
T 3.3 Tester l’installation suivant les spécifications techniques prédéfinies.
LLEESS TTAACCHHEESS PPRROOFFEESSSSIIOONNNNEELLLLEESS
OOBBJJEECCTTIIFFSS DDUU TT..PP..
- Démontrer que les lampes à incandescence ne produisent pasd’harmonique tandis que les lampes à décharge en produisent.
- Démontrer la relation entre les harmoniques de rang 3 et l’intensitécirculant dans le câble neutre pour une installation triphasée équilibréeconstituée de lampes à décharge.
T. BEP. E TP LES HARMONIQUES Page 3
FFIICCHHEE DDEE TTRRAAVVAAIILL
S0 Electrotechnique – Expérimentation.S0.6 Mesures sur des applications professionnelles. Mesurer sur une installation partielle ou totale les harmoniques engendrés.
Prérequis: Cours CEM: - PRESENTATION - LES DIFFERENTES PERTURBATIONS
On donne:- Un dossier à compéter.- Le matériel nécessaire à l’étude avec leur dossier technique ; ¤ oscilloscope métrix OX 8042 ; ¤ sonde de tension différentielle MX 9000 ; ¤ pince multifonction MX 240.
Compétences développées:
C2-12 Etablir
C2-13 Mesurer, effectuer
C2-14 Repérer
C2-15 Reconfigurer
C2-16 Contrôler,ff
C3-1 Choisir
C3-2 Argumenter
C3-3 Proposer
C3-4 Identifier
C4-1 Rendre compte
C4-2 Signaler
C4-3 Informer
C4-4 Démontrer
C4-5 Contribuer
C4-6 Renseigner
C4-7 Rendre compte
C1-1 Décoder
C1-2 Exploiter
C1-3 Prendre en
C1-4 Sélectionner
C1-5 Recueillir
C1-6 Interpréter
C2-1 Organiser
C2-2 Mettre en forme, placer
C2-3 Réaliser
C2-4 Positionner, fixer
C2-5 Raccorder
C2-6 Repérer
C2-7 Interconnecter
C2-8 Configurer
C2-9 Contrôler, effectuer
C2-10 Vérifier
C2-11 Diagnostiquer
Temps prévu:
Lieu / Situation:
1H
2H
3H
4H
5H
6H
7H
8H
Domaine abordé:
Zone desous-systèmes
On demande: - de compléter le dossier.- d’effectuer les câblages et les mesures en toute
T. BEP. E TP LES HARMONIQUES Page 4
CRITÈRES D’EVALUATIONCAPACITÉS COMPÉTENCES INDICATEURS DE
REUSSITE EVALUATION
C1S’INFORMER
C1-2Exploiter les consignes
verbales ou écrites des tâchesproposées.
Les appareils de mesuresont appropriés aux relevés
et ils sont correctementimplantés dans les
montages.
/1,5
C2-5Raccorder électriquement les
différents matériels.Les montages sont justes. /3
C2PRÉPARER
C2-9Contrôler les grandeurs
caractéristiques del’installation ou du système
(Tension, Courant, Puissances,Vitesse …) et effectuer les
essais.
Les mesures et relevés sontjustes. /11
C4
INFORMER
C4-4Démontrer la conformité
fonctionnelle de la réalisationavec les exigences du dossier
de réalisation.
Votre compte rendu atteste,par le biais de justifications,
- de la productiond’harmoniques par leslampes à décharge ;
- de l’addition desharmoniques de rang 3 dansle câble de neutre pour une
installation triphaséeéquilibrée composée de
lampes à décharge.
/4.5
EVALUATION GLOBALE : /20
FFIICCHHEE IINNDDIIVVIIDDUUEELLLLEE DDEE FFOORRMMAATTIIOONN
Appréciations et remarques:
T. BEP. E TP LES HARMONIQUES Page 5
SCENARIO
Le réseau d’éclairage d’un atelier, de fabrication de tissus, est constitué par un circuitutilisant uniquement des tubes fluorescents et par un second circuit utilisant des lampes àincandescence.Les appareils d’éclairages sont répartis également entre les trois phases pour chacun des deuxcircuits précédents.
L1
L2
L3
N
SCHEMA DE PRINCIPE DE L’INSTALLATION
CIRCUIT D’ECLAIRAGE“LAMPES A INCANDESCENCE”
CIRCUIT D’ECLAIRAGE“TUBES FLUORESCENTS”
T. BEP. E TP LES HARMONIQUES Page 6
1ère PARTIE :MISE EN EVIDENCE D’APPAREILS GENERATEURS
D’HARMONIQUES- Démontrer que les lampes à incandescence ne produisent pas d’harmonique tandis queles lampes à décharge en produisent.
PREPARATION AUX MESURES
Voici le montage permettant de modéliser le circuit d’éclairage de l’atelier.
11°°)) CCHHOOIIXX DDEESS AAPPPPAARREEIILLSS DDEE MMEESSUURREE :: . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-1) D’après la documentation sur la pince ampéremétrique et sur la sonde detension différentielle, quel appareil de mesure faut-il connecter à l’oscilloscopepour visualiser la forme du courant i1 circulant dans la première phase ducircuit.
1-2) En même temps que le courant i1, on désire visualiser la tension simple V1 auxbornes du luminaire E1. Quel appareil allez-vous utiliser parmi les deuxprécédents ?
22°°)) MMOONNTTAAGGEE :: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A partir de la documentation technique sur la sonde de tension et la pince ampéremétriqueproposez un montage permettant les relevés de V1 (t) et de i1 (t), respectivement observées surles voies 1 et 2 de l’oscilloscope.
L1
L2
L3
N
E1
E2E3
V1
i1
E1, E2, E3 lampesà incandescence
dans la 1èrepartie ; tubes
fluorescents dansla deuxième partie.
RéseauElectrique
in
E1
E2E3
V1
i1
in
V1 V2
L’appareil de mesure à utiliser est une pince ampéremétrique.
L’appareil de mesure à utiliser est une sonde de tension différentielle.
Sonde detension
Pinceampéremétrique
C1-2: /0.5
C1-2:
Avec ce TP, vous découvrirez tout d’abord dans la première partie que des récepteurs peuvent produiredes harmoniques, puis dans la seconde partie vous mesurerez ces harmoniques.
Bandeaud’alimentation
L1
L2
L3
N
RéseauElectrique
Bandeaud’alimentation
T. BEP. E TP LES HARMONIQUES Page 7
ETUDE DU CIRCUIT D’ECLAIRAGE DE L’ATELIERCONSTITUE PAR LES LAMPES À INCANDESCES
33°°)) CCAABBLLAAGGEE :: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Câbler le montage en prenant pour chaque luminaire L1, L2, L3 une lampe à incandescence de100 W.
FAITES VÉRIFIER LE MONTAGE PAR LE PROFESSEUR.
44°°)) MMEESSUURREESS :: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-1) Relever la tension simple V1(t) et le courant i1(t) (Relevés N°1 page 8)
Répondez aux questions en cochant la bonne réponse :La tension V1(t) est-elle parfaitement sinusoïdale : ¤ oui ¤ nonLe courant i1(t) est-il parfaitement sinusoïdal : ¤ oui ¤ non
Quelle est la valeur efficace vraie du courant I1: I1 = 0,43 A
4-2) Déplacer l’appareil de mesure qui permet de relever i1(t) et mesurer la valeurdu courant dans le neutre.
Ineutre = 0 A
ETUDE DU CIRCUIT D’ECLAIRAGE DE L’ATELIERCONSTITUE PAR LES TUBES FLUORESCENTS SEULS
55°°)) CCAABBLLAAGGEE :: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Câbler le montage en prenant pour chaque luminaire L1, L2, L3 deux tubes fluorescents de 56W chacun montés en parallèles et non compensés.
FAITES VÉRIFIER LE MONTAGE PAR LE PROFESSEUR.
66°°)) MMEESSUURREESS :: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6-1) Relever la tension simple V1(t) et le courant i1(t) (Relevés N°2 page 8)
Répondez aux questions en cochant la bonne réponse :La tension V1(t) est-elle parfaitement sinusoïdale : ¤ oui ¤ nonLe courant i1(t) est-il parfaitement sinusoïdal : ¤ oui ¤ non
Quelle est la valeur efficace vraie du courant I1: I1 = 1,48 A
C2-5: /1
C2-5:
C2-9: /3
C2-9:
T. BEP. E TP LES HARMONIQUES Page 8
6-2) Déplacer l’appareil de mesure qui permet de relever i1(t) et mesurer la valeurdu courant dans le neutre.
Ineutre = 0,5 A
Si ce courant n’est pas nul, relever sa forme (Relevés N°3 page 8) et calculersa fréquence :
CONCLUSIONRayer les mentions inutiles : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Charge MontageForme du courant de
ligneIntensité du courant
dans le neutreTriphasé déséquilibré
Triphasé équilibréSINUSOÏDAL In = 0
Montage étoileLampes à
incandescencesMontage triangle NON SINSOIDAL In � 0
Triphasé équilibré
Triphasé déséquilibré SINUSOÏDAL In = 0
Montage étoile
Tubesfluorescents
Montage triangleNON SINSOÏDAL In � 0
A partir de la forme du courant de ligne relevé à l’oscilloscope, précisez si les . . . . lampes à incandescence produisent des harmoniques de rang supérieur à 1?
A partir de la forme du courant de ligne relevé à l’oscilloscope, précisez si les . . . . tubes fluorescents produisent desharmoniques de rang supérieur à 1?
Voie 1 :(en bleu)
Grandeur observée
Calibre : 100V/div
Voie 2 :(en vert)
Grandeur observée
Calibre : 1 A/div Voie 1 :(en bleu)
Grandeur observée
Calibre : V/div
Voie 2 :(en vert)
Grandeur observée
Calibre : 0.25 A/di
RELEVES N°2
RELEVES N°3
Voie 1 :(en bleu)
Grandeur observée
Calibre : 100 V/div
Voie 2 :(en vert)
Grandeur observée
Calibre : 0.5 A/div
Base de temps :Calibre : 5 ms /div
RELEVES N°1
Base de temps :Calibre : 5 ms /di
NON, les lampes à incandescences ne produisent pas des harmoniques de rang supérieur à 1parce que le courant est parfaitement sinusoïdal.
OUI, les tubes fluorescentsproduisent des harmoniques derang supérieur à 1 puis que lecourant n’est pas parfaitementsinusoïdal.
V1
V1
I1
I1
Ineutre
C4-4:
C4-4:
C4-4: /1
F = 150 Hz
T. BEP. E TP LES HARMONIQUES Page 9
2ème PARTIE :MESURE D’HARMONIQUES
L’objectif est de démontrer la relation entre les harmoniques de rang 3 et l’intensité circulant dansle câble neutre pour une installation triphasée équilibrée constituée de lampes à décharge.
RAPPEL :Dans la première partie du TP, vous avez découvert que les tubes fluorescents produisent desharmoniques. Dans cette partie vous mesurerez la valeur de ces harmoniques.Le montage permettant de modéliser le circuit d’éclairage de l’atelier est le suivant (voir 1ère
partie) :
MESURES
11°°)) MMEESSUURREE DDEESS HHAARRMMOONNIIQQUUEESS DDUU CCOOUURRAANNTT DDEE PPHHAASSEE ::
Réaliser le montage en plaçant une pince ampéremétrique reliée à . . . . . . . .un oscilloscope numérique sur une phase afin d’observer la forme du courant obtenue.
FAITES VÉRIFIER LE MONTAGE PAR LE PROFESSEUR.
Grâce aux fonctions de votre oscilloscope, relevez en fonction du . . . . . . . . . .rang de l’harmonique, l’amplitude correspondante.
Rang del’harmonique
1fondamental
2 3 4 5 6 7
Fréquence (Hz) 50 100 150 200 250 300 350Amplitude (A)
2 0 0.176 0 0.032 0 0
Représentez le spectre en fréquence de votre courant de ligne : . . . . . . . . . . .
AMPLITUDE (A)
Rang desharmoniques0 1 2 3 4 5 6 7
E1, E2, E3 tubes fluorescents
1
2
0.1760.032
C2-9:
C2-9: /2
C2-5: /0.5
L1
L2
L3
N
E1
E2E3
V1
i1
RéseauElectrique
in
Bandeaud’alimentation
T. BEP. E TP LES HARMONIQUES Page 10
22°°)) MMEESSUURREE DDEESS HHAARRMMOONNIIQQUUEESS DDUU CCOOUURRAANNTT DDEE NNEEUUTTRREE::
Modifier le montage en plaçant la pince ampéremètrique reliée à . . . . . . . .l’oscilloscope numérique sur le neutre afin d’observer la forme du courant obtenue.
FAITES VÉRIFIER LE MONTAGE PAR LE PROFESSEUR.
Grâce aux fonctions de votre oscilloscope, relevez en fonction du . . . . . . . . .rang de l’harmonique, l’amplitude correspondante.
Rang del’harmonique
1fondamental
2 3 4 5 6 7
Fréquence(Hz)
50 100 150 200 250 300 350
Amplitude (A)0 0 0.56 0 0 0 0
Représentez le spectre en fréquence de votre courant de ligne : . . . . . . . . . . .
CONCLUSION
Dans le but de démontrer la conformité fonctionnelle du montage, justifier la présence obligatoire ducâble neutre en répondant aux questions suivantes.
Quels sont les harmoniques communs aux phases et au neutre? . . . . . . . . . . . .
Démontrer par une application numérique que la somme des amplitudes. . . . . . . .des harmoniques de rang 3 de chaque phase est égale à l’amplitude de l’harmonique de rang 3du neutre. Ineutre (h=3) = IPH1 (h=3) + IPH2 (h=3) + IPH3 (h=3)
Quelle précision apporte la NFC 15-100 sur la section des câbles . . . . . . . . . neutre lorsque les appareils alimentés produisent des courants harmoniques importants.
AMPLITUDE (A)
Rang desharmoniques0 1 2 3 4 5 6 7
2
1
0.56
Les harmoniques communs aux phases et au neutre sont les harmoniques de rang 3.
C4-4:
C4-4: /0.5
C2-9:
C2-9:
C2-5:
Lorsque les appareils alimentés produisent des courants harmoniques importants, la section duconducteur neutre ne doit pas être inférieure à celle des conducteurs de phase, même si lespuissances des appareils alimentés sont également réparties sur les différentes phases.
0.56 A = 0.176 A + 0.176 A + 0.176 A
C4-4: