Alimentation de puissance

II.2.1.1 Site de Toulouse

Sur le site de Toulouse, l’appareillage est fourni par Brockhaus Measurements. Tous les essais sont effectués à partir d’une armoire contenant tout le système de génération de puissance et de mesure :

− Deux amplificateurs linéaires capables d’opérer dans trois gammes de tension : ±30 V, ±60 V et ±90 V. Ils délivrent alors jusqu’à 30 A dans l’enroulement primaire. Leurs bandes passantes permettent de réguler des signaux de fréquence fondamentale jusqu’à 20 kHz et contenant des harmoniques jusqu’à 1 MHz,

− Une carte de génération de signaux échantillonnée à 20 MHz permettant le contrôle de la tension délivrée des amplificateurs pour atteindre la valeur cible de champ magnétique ou d’induction mais aussi la forme d’onde souhaitée.

− Une carte d’acquisition échantillonnée à 20 MHz avec 14 bits de résolution permet de relever la tension et le courant du circuit primaire ainsi que la tension du circuit secondaire..

− Un fluxmètre pour les mesures quasi-statiques

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Divers équipements permettent d’assurer la protection électrique de l’appareil. On note particulièrement des protections vis-à-vis des surtensions, surintensités, surchauffe et surcharge. Outre le choix de la gamme de tension qui doit être effectué a priori par l’utilisateur, l’appareil change automatiquement les résistances non inductives utilisées pour les mesures de courant.

Sur le banc d’essai de l’IRT, la régulation se fait via la décomposition harmonique de la forme d’onde désirée et mesurée. De plus, la régulation se fait en temps réel sans interruption de la mesure.

Ainsi, lors de la configuration d’un capteur (tore, cadre Epstein, SST), il faut renseigner un certain nombre de paramètres de régulation :

− Les coefficients proportionnels et intégraux de la régulation. Il y a deux régulateurs PI, un premier pour la tension secondaire et un second pour la polarisation,

− La valeur de seuil à partir duquel une harmonique doit être régulée, − Soit le rang harmonique maximal, soit une limite en fréquence à réguler,

− Un dernier paramètre est le nombre de périodes servant à effectuer la mesure. Celle-ci est faite sur plusieurs périodes pour diminuer l’impact du bruit de mesure.

Une fois ces données renseignées, il faut indiquer les informations propres à la mesure souhaitée. Sur le site de Toulouse, l’appareil a besoin de connaître :

− Le système de bobinage et l’échantillon parmi ceux enregistrés avec les données précédemment décrites,

− Le type de signal à générer parmi les différentes possibilités de l’appareil. On retrouve notamment des signaux DC (quasi-statiques), sinusoïdaux, sinusoïdaux plus harmoniques, MLI et enfin générés à partir d’un fichier de points,

− La troisième étape consiste à choisir la fréquence du signal choisi. Celle-ci doit être choisie de façon à être un sous-multiple de la fréquence d’échantillonnage de l’appareil, ici 20 MHz. Le logiciel choisit alors le nombre de points par période au mieux pour respecter le choix de l’utilisateur sauf pour une forme générée à partir d’un fichier de points où le nombre est donc imposé.

− Enfin, il faut choisir une valeur cible d’induction ou de champ magnétique à atteindre. Ce choix fixe alors la régulation de la forme : une valeur d’induction impose la régulation de la forme de l’induction et inversement. Seul le signal généré à partir d’un fichier de points permet un contrôle différent : la régulation contrôle la forme soit de l’induction, soit de la tension secondaire.

II.2.1.2 Site de Grenoble

Au G2Elab, le banc de mesure a été conçu et réalisé pour être le plus versatile possible. Il est adapté à des mesures sur tore, les différents cadres Epstein du laboratoire et tout autre système basé sur le même principe de mesure. Les composants du banc sont regroupés dans le tableau suivant :

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Composants Référence Détails techniques

Carte d’acquisition et de

génération de signaux ^{NI PXIe-6124}

- 4 entrées / sorties analogiques, - Échantillonnage à 4 MS/s,

- Résolution 16 bits, - Vitesse de balayage : 20 V/µs Capteur de courant configurable

jusqu’à 60 A LEM IT 60S Ultrastab - Précision 0.02725% - Amplitude : 60 A - Bande passante : -3dB à 500 kHz Carte de conditionnement de tension TEGAM 4040A - Amplitude 100 V AC - Bande-passante : -3 dB à 100 MHz - Atténuation : 1, ¹ 10, ¹ 100 - Précision 0.15 dB

Amplificateur de puissance ^{AE Techtron} 7796 - Puissance : 5 kW continu - Tension max : 150 V - Bande passante : -3 dB à 100 kHz - Précision 0.15 dB - Vitesse de balayage : 41 V/µs Tableau II-1 : Composants du banc de mesure du G2Elab

Divers équipements permettent d’assurer la protection électrique. Cependant, dans sa version actuelle, l’utilisateur doit estimer a priori les niveaux de tension et de courant afin de choisir les facteurs d’atténuation adéquats. Toute la régulation se fait via LabVIEW sur un ordinateur dédié, le banc complet est illustré sur la figure suivante :

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La régulation a récemment fait l’objet d’une étude qui a largement amélioré sa capacité à réguler des formes d’ondes complexes aussi bien à très basses fréquences (<2 Hz) qu’à hautes fréquences (>1 kHz) [29].

La régulation se fait par itération, un train d’onde est envoyé sur le capteur, la mesure est effectuée et la régulation corrige la tension primaire pour obtenir l’induction souhaitée. Plusieurs paramètres sont alors à renseigner :

− Le nombre de périodes pour la montée en tension. Généralement assez faible, il faut s’assurer que la montée en tension ne génère pas un offset sur la mesure,

− Le nombre de périodes pour atteindre la stabilité. La stabilité consiste à atteindre un régime périodique bien défini où une éventuelle composante continue issue de la montée a disparu,

− Le nombre de périodes sur lesquelles la mesure est effectuée. Afin de limiter le bruit de mesure, il faut utiliser plusieurs périodes.

Une fois ces informations renseignées, il faut indiquer les données propres à la mesure :

− Le type de signal à générer parmi les différentes possibilités de l’appareil. On retrouve notamment sinusoïdal, sinusoïdal plus harmoniques, trapézoïdal, triangulaire et enfin généré à partir d’un fichier de points,

− La troisième étape consiste à choisir la fréquence et le nombre de points par période. Il faut alors s’assurer que le produit du nombre de points et de la fréquence soit un sous-multiple de la fréquence d’échantillonnage, ici 4 MHz,

− Enfin, il faut choisir une valeur cible d’induction ou de champ magnétique à atteindre.