Entraînement de charges par Angle de phase et Train d’impulsion

Publié le 29 de septembre de 2023 par Thiago Paredi

Les régulateurs de puissance ou modules de puissance sont des équipements conçus pour réguler la quantité d’énergie appliquée directement à la charge de divers processus. La quantité d’énergie à appliquer, la charge, est définie par le régulateur de processus qui, par son signal de sortie, transmet l’information au régulateur de puissance.

Le régulateur de puissance agit sur ses thyristors, qui sont des composants internes à haute capacité de conduction du courant électrique. Ceux-ci agissent comme des interrupteurs électriques et, en tant que tels, sont des dispositifs à deux états : allumé ou éteint. Comment alors délivrer la charge du procédé dans des quantités d’énergie différentes de 0 % (thyristor éteint) et 100 % (thyristor allumé)?

La réponse réside dans la technique de modulation de la tension électrique du réseau qui alimente la charge. En allumant et en éteignant les thyristors à des moments critiques précis, il est possible d’obtenir sur la charge des valeurs de puissance moyennes proportionnelles à la valeur définie par le régulateur de processus.

Deux techniques sont traditionnellement utilisées:

1 – Modulation de tension par Angle de Phase

Chaque cycle du réseau électrique AC est divisé en deux demi-cycles et ceux-ci sont subdivisés en degrés, un total de 180° pour chaque demi-cycle.

En modulation par angle de phase, les thyristors sont activés à chaque demi-cycle du réseau. La modulation s’effectue en connectant le thyristor à l’angle correspondant au pourcentage de puissance électrique défini par le signal d’entrée du régulateur de puissance. L’arrêt se produit au passage à zéro suivant. Seule une partie de chaque demi-cycle est transmise à la charge.

Par exemple : pour une puissance de 50%, définie par le signal d’entrée, le thyristor s’allume à 90° et s’éteint à 180° (passage à zéro). Voir le graphique ci-dessous:

Ci-dessous, autres valeurs de puissance appliquées à la charge :

Dans ce type de modulation, un contrôle plus fin du processus devient possible. Les faibles valeurs du signal d’entrée favorisent les valeurs de basse tension sur la charge. Cette caractéristique est importante dans les processus où il est nécessaire de limiter le courant électrique dans les premiers instants de processus connecté. L’exemple représente le type d’entraînement indiqué pour être installé sur le côté primaire de transformateurs. Dans ces applications, il est contre-indiqué d’utiliser des valeurs de puissance électrique inférieures à 25% pour éviter les problèmes de déconnexion de la charge.

2 – Modulation de la tension par cycle intégral (équivalent au train d’impulsions)

Dans ce type de modulation, la régulation de la puissance électrique s’effectue en limitant le nombre de cycles du réseau appliqués à la charge. Le régulateur de puissance détermine le nombre de cycles de réseau qui seront transmis à la charge. Exemple : pour une puissance de 10%, définie par son signal d’entrée, le régulateur de puissance applique sur la charge 1 cycle tous les 10 cycles de réseau. Pour 25 %, appliquer 1 cycle tous les 4. Pour 50 %, appliquer 1 cycle tous les 2. Voir les graphiques ci-dessous:

Ainsi, la charge est toujours activée aux passages par zéro de la tension du réseau électrique et son arrêt se produit aux passages par zéro du courant électrique de la charge. Cette caractéristique apporte des avantages importants à l’installation car aucun bruit ou harmonique n’est généré.

Un autre avantage important de ce type de modulation est la possibilité d’un entraînement de charge plus linéaire. Comme cette technique ne nécessite pas de temps de cycle (cycle time), il n’y a pas de longs intervalles sans activer la charge.

Par exemple : en modulation par train d’impulsion avec la période de cycle fixée à 1 seconde, lorsque le régulateur de puissance applique 25% de puissance à la charge, nous avons 0,25 seconde de charge allumée et 0,75 seconde de charge éteinte. De cette façon, il y a une sorte de « battement ». Les lampes à incandescence, dans ces conditions, resteraient clignotantes. Avec la technique sans période de cycle, la charge s’allume 16,6 ms (1 cycle) et reste éteinte pendant 49,8 ms supplémentaires (3 cycles réseau).

Régulateurs de puissance PCW et PCWE

Dans les régulateurs de puissance NOVUS des séries PCW et PCWE, ces deux techniques d’activation des charges électriques se retrouvent dans le même équipement. La sélection de la technique à adopter se fait lors de la configuration du régulateur. En plus de cet avantage, les régulateurs NOVUS ont les caractéristiques suivantes :

Tension de charge : 180~440 Vac ; 50/60 Hz
Signal de commande : 0-20 mA, 4-20 mA, 0-5 V, 1-5 V, 0-10 V, 2-10 V et potentiomètre 10 k
Alimentation de contrôle : 220 Vac ; 50/60 Hz
Alarme avec relais SPST ; 3 A / 250 Vac
Rigidité diélectrique entre les parties : 2500 V
Température de fonctionnement : -10 à 60 ºC
Boîtier en plastique : ABS+PC / UL-94V0
Pour réseaux 220/380V
Boîtier conforme aux normes NR10
Train d’impulsion et Angle de phase sur un même modèle
Signaux de commande multiples
Fusibles intégrés