« La polyvalence de LabVIEW et de ses cartes PXI nous a permis de créer un oscilloscope multifonction capable de rivaliser avec les oscilloscopes commerciaux haut de gamme, garantissant les exigences de sécurité nécessaires en moyenne tension et ajoutant des captures de température, des variateurs de sécurité,… toutes des fonctionnalités non disponibles sur les oscilloscopes conventionnels »
– Iosu Aizpuru, Mondragon Goi Eskola Politeknikoa
Le défi
Créez un oscilloscope polyvalent qui répond aux exigences de sécurité et d'isolation requises en moyenne tension, en maintenant une capacité de capture de données élevée et en ajoutant des fonctions hors de portée des oscilloscopes conventionnels.
La solution
Utilisez LabVIEW et les composants PXI pour acquérir des signaux moyenne tension. L'utilisation du kit NI PCI-PXI-8336 avec protocole MXI-4 permet la transmission via fibre optique des données capturées par les numériseurs PXI-5122, garantissant l'isolation électrique nécessaire. La modularité de Labview-PXI permet d'ajouter des cartes d'entrées/sorties pour compléter les fonctions de l'oscilloscope, telles que l'acquisition de température ou l'activation d'éléments de sécurité.
Développement
L'apparition de la Génération dite Distribuée, l'essor des Energies Renouvelables ainsi que le développement de nouveaux semi-conducteurs Moyenne Tension, ouvrent un large champ d'application des systèmes d'électronique de Puissance dans l'environnement Moyenne Tension/Haute Puissance. La tendance claire de ces systèmes d'Électronique de Puissance est d'augmenter leur puissance en travaillant à des niveaux de tension dans la gamme Moyenne tension, tendance marquée par le développement de nouveaux semi-conducteurs (IGBT 6500V/600A, IGCT 4500V/4000A) et de topologies adaptées à ses application en moyenne tension (convertisseurs multiniveaux et connexion en série de semi-conducteurs et de convertisseurs principalement). Mondragon Goi Eskola Politeknikoa (MGEP) dispose d'un laboratoire Moyenne Tension au Pôle d'Innovation de Garaia pour effectuer des tests dans des conditions nominales sur les équipements Moyenne Tension. Les caractéristiques du laboratoire sont les suivantes :
• 2 transformateurs d'entrée : 30 kV/2 x 690 V, 50 Hz, 2 MVA
• Tensions AC : De 690 VAC à 4780 VAC (15 niveaux). 4 MVA
• Tensions DC : De 931 VDC à 6452 VDC (15 niveaux). 4 MVA
• Equipements Moyenne Tension (inducteurs, résistances, moyens de mesure...) Les essais Moyenne Tension doivent être réalisés sous une zone d'essai garantissant l'isolement électrique et la sécurité des opérateurs. Les acquisitions dans les tests Moyenne Tension peuvent varier des mesures électriques, thermiques... et il est également pratique d'avoir un système de protection adéquat pour arrêter le test si le système devient hors de contrôle car de grandes quantités de puissance sont manipulées. Pour l'intégration de tout ce qui est nécessaire dans les tests Moyenne Tension, MGEP a intégré LabVIEW et ses composants PXI (Figure 1).
Description de l'application
L'oscilloscope multifonction pour tester les équipements Moyenne Tension est composé du châssis PXI-1042 qui intègre le contrôleur PXI-PCI-8336 et le kit de télécommande fibre optique MXI-4, quatre numériseurs haute vitesse PXI-5122, le PXI-6711 sortie analogique haute vitesse, la carte d'E/S multifonction à faible coût PXI-6221 et la carte de mesure de la tension et de la température PXI-4351.
Les numériseurs PXI-5122 disposent de deux canaux d'échantillonnage simultané à 100 Méch./s avec une résolution de 14 bits. Ces numériseurs permettent l'acquisition de données en mode continu, évitant ainsi la perte de données pendant le test. Chaque voie peut être configurée indépendamment (atténuation, impédance d'entrée, etc.) faisant ainsi face à différents types de mesures de tensions de commutation de convertisseur à plusieurs KHz, telles que des mesures de courant à la fréquence du réseau. Les numériseurs ont été programmés à l'aide du driver "NI-SCOPE" permettant ainsi une configuration simple et de haut niveau. La bibliothèque « NI-TClk » permet la synchronisation des différents numériseurs afin de réaliser des acquisitions au même instant.
La carte maître qui synchronise le déclenchement doit être placée dans l'emplacement numéro 2 du châssis PXI-1042. Le kit PXI-PCI-8336 permet d'étendre le bus PCI du PC au moyen d'une communication MXI-4 78 Mo/s par fibre optique jusqu'à 200 m de distance. L'isolation apportée par la fibre optique permet de garantir l'isolation électrique et apporte une robustesse face à la forte pollution électromagnétique émise par les équipements d'électronique de puissance. La vitesse de transfert de 78 Mo/s nous donne la possibilité de transmettre toutes les données acquises via les numériseurs sans perte de données. Si les 8 canaux disponibles des numériseurs sont utilisés en capture continue, et que vous ne voulez pas perdre de données des captures, vous disposez d'un taux d'échantillonnage maximum de 5 Méch./s pour les numériseurs. La carte PXI-4351 permet d'analyser la variation thermique des radiateurs, semi-conducteurs, charges... lors du test des équipements. Cette carte dispose du Driver "Traditional NI-DAQ" qui facilite la programmation de la carte. La carte PXI-6211 permet la mise en place d'éléments de sécurité tels que l'activation/désactivation d'interrupteurs, l'activation d'alarmes, etc. Utilisation du pilote « NIDAQmx ». Toutes les cartes ont été configurées à partir de LabVIEW créant un panneau avant capable de rivaliser avec n'importe quel oscilloscope. (Figure 2) Dans cette face-avant, toutes les options nécessaires à l'utilisateur sont disposées depuis les configurations de l'appareil, la mesure du signal. De plus, LabVIEW permet la programmation de formules (puissance, rendement, etc.), les boucles de contrôle, l'automatisation des tests dans un façon très simple en élargissant les fonctionnalités de l'oscilloscope multifonction moyenne tension. L'oscilloscope a été testé et vérifié au cours du processus de mise en service du laboratoire Moyenne Tension MGEP.
d'autres applications
Grâce à l'expérience apportée par l'oscilloscope multifonction, plusieurs applications ultérieures ont été gérées par LabVIEW dans le laboratoire Moyenne Tension du MGEP. Deux exemples sont : Les contrôles de haut niveau qui envoyaient des ordres aux cartes DSP allumant l'équipement de puissance de 1 MVA, (Figure 3) à la vérification de l'équipement de refroidissement à air forcé des thyristors à 600 Ampères.
Conclusion
La polyvalence de LabVIEW et de ses cartes PXI nous a permis de créer un oscilloscope multifonction capable de rivaliser avec les oscilloscopes commerciaux haut de gamme, garantissant les exigences de sécurité nécessaires en moyenne tension et ajoutant des captures de température, des activations de sécurité,... disponible sur les oscilloscopes conventionnels. Les tests effectués avec l'équipement PXI ont été comparés à des copies oscillantes de précision et les résultats obtenus ont été très similaires. Le PXI s'est avéré avoir un meilleur rapport signal/bruit que les oscilloscopes haut de gamme, fournissant un signal plus propre. Le système de transmission MXI-4 permet une transmission de données de 78 Mo/s. Cette transmission de données ne pourrait pas être réalisée, par exemple si un émetteur fibre optique Ethernet est connecté à un oscilloscope, car cela nous limiterait à 10 Mo/s. La période de rafraîchissement dans la zone de contrôle du test est améliorée L'oscilloscope de précision n'a pas l'option de capture continue, ce qui ajoute de la valeur aux numériseurs PXI-5122 puisqu'il est possible de ne perdre aucun échantillon du test Un point défavorable concernant la oscilloscope de précision est que le PXI-5122 offre la possibilité de numériser à une fréquence d'échantillonnage maximale de 2 GS/s en mode RIS (Random Interleaved Sampling) et 100 KS/s en temps réel, ce qui est largement dépassé par l'oscilloscope de précision, car il permet la numérisation à une fréquence d'échantillonnage de 5 GS/s. Cette fonctionnalité peut être améliorée en utilisant des numériseurs à fréquence d'échantillonnage plus élevée.
lignes futures
L'utilisation des équipements LabVIEW et PXI en Moyenne Tension a ouvert un vaste monde en Moyenne Tension. En commençant par l'acquisition de données pour l'analyse des lacunes dans le réseau, les bords de puissance, etc. Enfin, poursuivre la mise en œuvre de stratégies de contrôle complexes dans les équipements temps réel basés sur PXI-RT et CompactRIO pour le contrôle des équipements de puissance.
