Contrôle de transformateurs

S/GEN/TRANSFO/B/01/12/1999
page 1/ 8 F
RELAIS STATIQUES
POUR COMMANDE
DE TRANSFORMATEUR
(AC-56a)
Proud to serve you
All technical characteristics are subject to change without previous notice.
Caractéristiques sujettes à modifications sans préavis.
celduc
r
e
l
a
i
s

S/GEN/TRANSFO/B/01/12/1999
page 2/ 8 F
UTILISATION DES RELAIS STATIQUES
SUR CHARGES INDUCTIVES SATURABLES
en particulier
PRIMAIRES DE TRANSFORMATEURS
La mise en conduction d'une charge inductive saturable, en particulier les primaires de transformateurs,
génère souvent des pointes de courant importantes, ce qui a parfois des conséquences dommageables sur
les semi conducteurs utilisés dans les relais statiques.
I - Analyse de fonctionnement :
a) Dans le cas d'une self non saturable
Il est préférable de commander la mise en conduction de la self au maximum de la sinusoïde (démarrage
crête) qu'au zéro de tension (relais synchrone)
FIGURE 1:Démarrage crête,
pas de surintensité
di/dt=Umax/L
Umax
Imax
FIGURE 2:Démarrage zéro de tension,
surintensité=2Imax
2Imax
i(t)
i(t)
t
0
0
u(t)
t
di/dt=0
u(t)
b) Cas d'une self saturable
Quelques rappels :
Tension u = -dØ/dt
Ø=BS
B=µH
H=nI/l
(i=courant bobinage)
En fonctionnement permanent, le champ magnétique H (proportionnel au courant i) varie en fonction de
l'induction B suivant cycle d'hystérésis (fig.3). B est en quadrature par rapport à u.
Suivant l'instant d'arrêt du courant, il persiste une induction rémanente (+BR ou - BR). L'instant de mise
en conduction est donc primordial, car on peut atteindre facilement la saturation (Bsat) du fer et
provoquer une augmentation importante de i ( µ décroit ). I peut atteindre 100 In.

celduc
www.celduc.com
r e l a i s
Rue Ampère B.P. 4
42290 SORBIERS - FRANCE
E-Mail : celduc-relais@celduc.com
Fax +33 (0) 4 77 53 85 51
Service Commercial France Tél. : +33 (0) 4 77 53 90 20
Sales Dept.For Europe Tel. : +33 (0) 4 77 53 90 21 Sales Dept. Asia : Tél. +33 (0) 4 77 53 90 19
S/GEN/TRANSFO/B/01/12/1999
page 3/ 8 F
FIGURE 3:cycle d'hystérésis
B(t)
Bsat
Br
-Hsat
0
H(t)
Hsat
-Br
-Bsat
b-1 Démarrage au zéro de tension : Exemple : Cde par un relais statique "synchrone" (zéro cross)
Deux cas peuvent se produire:
Cas n°1 : le démarrage se fait sur la même alternance que celle de l'arrêt précédent
Tension
réseau
0
t
Commande
relais
statique 0
t
Tension
sur la
charge
0
t
Induction
B(t)
L'induction tend vers
2Bn+Br et dépasse
pratiquement dans
tous les cas Bsat.
+Bsat
+Br
0
t
Très grande surintensité
Courant
dans la
charge
i(t) 0
t
di/dt=0
celduc

www.celduc.com
r e l a i s
Rue Ampère B.P. 4
42290 SORBIERS - FRANCE
E-Mail : celduc-relais@celduc.com
Fax +33 (0) 4 77 53 85 51
Service Commercial France Tél. : +33 (0) 4 77 53 90 20
Sales Dept.For Europe Tel. : +33 (0) 4 77 53 90 21 Sales Dept. Asia : Tél. +33 (0) 4 77 53 90 19
S/GEN/TRANSFO/B/01/12/1999
page 4/ 8 F
Dans la majorité des cas, l'induction de saturation Bsat est atteinte. L'amplitude du courant
(proportionnel à H) devient très grande.
C'est ce type de commande qui provoque les plus grandes surcharges.
Cas n°2 : Pour diminuer un peu cette surintensité, il est préférable d'avoir des périodes entières. Le
démarrage ne se fait que sur l'alternance opposée à celle de l'arrêt.
=> Avec l'emploi d'un relais statique "synchrone" il est nécessaire de connaître la phase d'arrêt et la phase
de démarrage pour envoyer la commande.
Tension
réseau
0
t
Commande
relais
statique 0
Tension
sur la
charge
0
t
t
Induction
B(t)
L'induction tend vers
2Bn-Br et dépasse
très souvent Bsat.
+Bsat
-Br
0
t
Surintensité moindre par rapport
au cas n°1
mais encore très importante.
Courant
dans la
charge
i(t) 0
di/dt=0
t
L'induction atteinte est moins importante mais dépasse souvent Bsat : une surintensité importante
demeure.
Il ressort que le démarrage au zéro de tension doit être évité sur ce type de charge.
celduc

www.celduc.com
r e l a i s
Rue Ampère B.P. 4
42290 SORBIERS - FRANCE
E-Mail : celduc-relais@celduc.com
Fax +33 (0) 4 77 53 85 51
Service Commercial France Tél. : +33 (0) 4 77 53 90 20
Sales Dept.For Europe Tel. : +33 (0) 4 77 53 90 21 Sales Dept. Asia : Tél. +33 (0) 4 77 53 90 19
S/GEN/TRANSFO/B/01/12/1999
page 5/ 8 F
Si le transformateur est en charge, à cette valeur de courant magnétisant, vient s'ajouter le courant
secondaire ramené au primaire qui est prépondérant en régime établi, mais qui en régime transitoire peut
exiger une commutation au zéro de tension. C'est le cas des secondaires de transformateur chargés de
condensateurs et où la mise sous tension au zéro est souhaitable.
Dans ce cas , il est nécessaire d'adapter le calibre du relais statique aux courants maximums qui pourraient
être atteints au démarrage.
Il faut donc vérifier avec la courbe Itsm = f(t) en répétitif .
Surge current Itsm (A peak) = f(t) for 125A models with Itsm =2000A
2000
Itsm (Apeak)
No repetitive Itsm (Apeak)=f(t) without voltage reapplied
1500
1000
500
Repetitive Itsm (Apeak)=f(t)
with voltage reapplied for initial Tj =70°C
0
0,01
0,1
1
t (s)
10
exemple extrême avec un relais de calibre 125A . Avec une surcharge de 20 ms le relais peut supporter
environ 1000A .
Sur un transfo , en admettant 100In au démarrage , le courant maximum pilotable avec ce relais
serait de 10A soit 4KVA en 400VAC.
Note : sur les faibles charges (petits transformateurs,...) la composante R atténue les
pointes de courant importantes.
avec un relais statique dit "non synchrone" (Random: fermeture aléatoire)
La fermeture s'effectue à n'importe quel point de la sinusoïde.La probabilité de
démarrage au zéro est plus faible qu'à la crête. Ce type de relais est préférable à un relais synchrone, mais
la commande étant aléatoire, les pointes de courant le sont aussi. Avec ce type de relais,une commande
judicieuse permet d'optimiser les démarrages.
Avec des relais statiques standards : il est préférable d'utiliser
des relais asynchrones , mais dans tous les cas , il faut
surdimensionner le calibre du relais statique.
celduc

www.celduc.com
r e l a i s
Rue Ampère B.P. 4
42290 SORBIERS - FRANCE
E-Mail : celduc-relais@celduc.com
Fax +33 (0) 4 77 53 85 51
Service Commercial France Tél. : +33 (0) 4 77 53 90 20
Sales Dept.For Europe Tel. : +33 (0) 4 77 53 90 21 Sales Dept. Asia : Tél. +33 (0) 4 77 53 90 19
S/GEN/TRANSFO/B/01/12/1999
page 6/ 8 F
AUTRES SOLUTIONS :
démarrage crête
Deux cas peuvent se produire:
Cas n°1 : Le démarrage se fait à la crête, mais sur la même alternance que celle de l'arrêt précédent.
Tension
réseau
0
t
Commande
relais
statique 0
t
Tension
sur la
charge
0
t
Induction
B(t)
L'induction tend vers
Bn+Br et dépasse
quelques fois Bsat.
+Bsat
+Br
0
t
Courant
dans la
charge
i(t) 0
Petite surintensité si
Bsat est dépassé
t
Dans ce type de commande,dans le cas le plus défavorable,l'induction maximale atteind Bn+Br.
En général ,Bsat n'est pas atteind et le courant reste dans des proportions acceptables.
Ce type de relais est développé à celduc référence SCP.....modèle 230V et 400VAC
40 Ampères et réalisable sur demande jusqu'à 125A.
celduc

www.celduc.com
r e l a i s
Rue Ampère B.P. 4
42290 SORBIERS - FRANCE
E-Mail : celduc-relais@celduc.com
Fax +33 (0) 4 77 53 85 51
Service Commercial France Tél. : +33 (0) 4 77 53 90 20
Sales Dept.For Europe Tel. : +33 (0) 4 77 53 90 21 Sales Dept. Asia : Tél. +33 (0) 4 77 53 90 19
S/GEN/TRANSFO/B/01/12/1999
page 7/ 8 F
Cas n°2 : Le démarrage se fait à la crête mais sur l'alternance opposée à celle de l'arrêt.
Dans le cas d'utilisation d'un relais "démarrage crête":relais celduc SCP,sans contrôle de phase (cas n°1),
ce cas produit 1 fois sur 2 (statistiquement).
Tension
réseau
0
t
Commande
relais
statique
0
t
Tension
sur la
charge
0
t
Induction
B(t)
+Bsat
L'induction atteint Bn-Br.
0
-Br
t
-Bsat
Courant
dans la
charge
i(t) 0
Pas de surintensité.
t
Une petite surintensité
peut apparaitre sur la
seconde alternance.
Nota:Si un transformateur est très près de Bsat à In,une petite surintensité peut avoir lieu sur la deuxième
alternance.
C'est une bonne commande pour un transformateur : démarrage crête + périodes entières.
Un relais démarrage crête permet toujours de réduire le courant de démarrage d'un
transformateur, ce qui évite la disjonction des dispositifs de protection.
Il faut tout de même tenir compte de microcoupures secteurs.
==> le relais statique doit impérativement tenir le courant pointe admissible dans les
pires des conditions ( commande au zéro de tension )
celduc

www.celduc.com
r e l a i s
Rue Ampère B.P. 4
42290 SORBIERS - FRANCE
E-Mail : celduc-relais@celduc.com
Fax +33 (0) 4 77 53 85 51
Service Commercial France Tél. : +33 (0) 4 77 53 90 20
Sales Dept.For Europe Tel. : +33 (0) 4 77 53 90 21 Sales Dept. Asia : Tél. +33 (0) 4 77 53 90 19
S/GEN/TRANSFO/B/01/12/1999
page 8/ 8 F
Relais démarrage progressif (soft start)
Un autre solution consiste à démarrer le transformateur progressivement .
Tension aux bornes de
la charge
Tension
réseau
0
t
Courant dans la charge
0
t
Le relais statique est allumé à la fin de l'alternance et progressivement décalé jusqu'à la pleine alternance.
Avec une rampe de vitesse de variation plus ou moins rapide, le transformateur et sa charge sont alimentés
progressivement sans surcharge de courant.
Ce procédé peut être réalisé par les relais à commande proportionnelle celduc de type
gradateur SG4.
La nouvelle gamme de relais triphasés "SOFT START" SMCW permet aussi de
démarrer des transformateurs triphasés .
Pour un fonctionnement correct de ces dipositifs , il est tout de même nécessaire d'avoir une charge
minimum sur le transformateur ( un transformateur à vide pose des problèmes pour la synchronisation des
relais) . Voir les notes applications spécifiques ( SMCW sur transformateurs)
celduc

www.celduc.com
r e l a i s
Rue Ampère B.P. 4
42290 SORBIERS - FRANCE
E-Mail : celduc-relais@celduc.com
Fax +33 (0) 4 77 53 85 51
Service Commercial France Tél. : +33 (0) 4 77 53 90 20
Sales Dept.For Europe Tel. : +33 (0) 4 77 53 90 21 Sales Dept. Asia : Tél. +33 (0) 4 77 53 90 19