REALISATION D’UN DIAPOSITIF D’INDICATEUR DE PUISSANCE ET DE CONSOMMATION

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Centrale jusqu’à la charge

La maison de la Centrale abrite la machine de production et le système de contrôle ainsi que quelques équipements. Dans ce local, un employé prend le relevé qui montre la phase surcharge et la phase décharge et aussi la phase moyenne.
La ligne Moyenne Tension achemine l’énergie électrique de la Centrale de production aux réseaux de distribution, ceci selon les normes en vigueur tout en minimisant les pertes et en assurant toute sécurité. La MT est triphasée, la tension de la MT est fixée à 20 000V de fréquence 50 Hz. Pour le branchement de charge, la MT doit être transmise et transformée en BT de 220V. La figure 9 présente le tableau de contrôle.

CONTEXTE DU STAGE

Pour équilibrer les trois phases, il faut suivre une procédure bien définie. Premièrement, il faut prendre le relevé dans la centrale pendant six heures par jour au moins et pendant les heures de pointe d’utilisation. Deuxièmement, il faut faire une enquête auprès de chaque foyer. Ainsi, l’équilibrage se fait selon la charge utilisée par chaque foyer.
De plus, pendant cette opération, comme le numéro du câble de la ligne moyenne tension (MT) de la centrale jusqu’ au distributeur ne correspond pas au numéro de chaque phase dans le disjoncteur, par conséquent, Il faut monter sur le poteau à chaque fois que l’on change de phase. Alors cette opération nous fait perdre du temps car elle demande beaucoup de temps.
En fait, le déséquilibrage de phase provient de la quantité de charge branchée sur la ligne monophasée. Alors, nous avons conseillé de changer toutes les lignes monophasées en lignes triphasées pour chaque quartier pour d’éviter l’opération d’’équilibrage de phase à chaque addition d’un nouveau branchement pour un nouvel abonné dans la ligne monophasée. En plus, il est recommandé de garder le numéro du câble et celui de la phase afin de faciliter l’installation d’un nouveau branchement.

Interprétation des tableaux 2 et 3

D’après ces deux tableaux, pendant deux jours, la consommation et la production de la troisième phase ont la même valeur. Nous observons que la troisième phase a beaucoup de charge branchée avec des puissances très élevées. Par contre, les deux phases : la première phase et la deuxième phase supportent une puissance faible. Alors, il y a un déséquilibre entre ses trois phases. Alors, on a besoin d’équilibrer les trois phases de la consommation selon la méthode indiquée précédemment.
Lors de la détermination de la puissance équilibrée des trois phases, nous avons procédé de la façon suivante telle que dans la première phase, nous prenons 475W, dans la deuxième phase, 334W et dans la troisième phase, nous enlevons 810W.
Cette procédure conduit aux résultats présentés dans les tableaux 4 et 5, après équilibration de ces trois phases.

Constatation

Pour bien assurer l’équilibrage de phase, il faut que les installations des lignes BT soient en triphasées. En général, ce travail pendant le stage nous permet d’avoir plus de connaissance pratique sur la gestion de réseau électrique.

REALISATION D’UN DISPOSITIF D’INDICATEUR ET DE CONSOMMATION DE PUISSANCE

La plupart des applications dans la vie quotidienne nécessite l’utilisation de l’électricité. Notre objectif est de contribuer à la gestion de l’énergie électrique pour minimiser les factures. La réalisation de ce projet met en œuvre le microco ntrôleur Arduino et ses périphériques .Ce matériel permet d’afficher la valeur de puissance consommée par un matériel à usage domestique.

Matériels utilisés

Les matériels utilisés sont les suivants :
• Microcontrôleur Arduino dont le prix s’élève à 12000Ar,
• Module ampèremètre à 14 000Ar,
• Module voltmètre à 12 000Ar,
• Fils à 6 000Ar,
• Afficheur LCD qui coûte 10 000Ar.

MICROCONTRÔLEUR ARDUINO

Introduction

Le microcontrôleur Arduino est une plateforme open-source d’électronique programmée et basée sur une simple carte à microcontrôleur (de la famille AVR) et aussi sur un logiciel constituant un véritable environnement de développement intégré (IDE) pour écrire, compiler et transférer le programme vers la carte à microcontrôleur, [4].
Arduino peut être utilisé pour construire des objet s interactifs indépendants (comme prototypage rapide) ou peut être connecté à un ordi nateur pour communiquer avec ses logiciels.

Partie matérielle

Arduino est généralement construit autour d’un microcontrôleur Atmel AVR (par exemple : ATmega328 ou ATmega2560 pour les versions récentes et ATmega168 ou ATmega8 pour celles plus anciennes) et des composants complémentaires qui facilitent la programmation et l’interfaçage avec d’autres circuits. Chaque carte possède au moins un régulateur linéaire de 5V et un oscillateur à quartz de 16MHz (ou un résonateur céramique dans certains modèles). Le microcontrôleur est programmé en « boot loader » de façon à ce qu’un programmateur dédié ne soit pas nécessaire. Treize versions de carte de type Arduino ont été développées jusqu’à nos jours. A titre indicatif, nous citons Arduino nano et Atmega8 qui sont très utilisés dans les domaines des formation et recherche. Le tableau 8 résume les principales caractéristiques d’Arduino nano.

Partie logicielle

L’environnement de programmation Arduino est en fait un environnement de développement intégré (EDI) dédié au langage Arduino. Le logiciel Arduino permet d’écrire les programmes ou « Sketchs », de les compiler et de le s transférer vers la carte Arduino à travers une liaison USB. Il intègre aussi un moniteur de port série. L’avantage du langage Arduino est basé sur les langages C/C++ qui supportent toutes les syntaxes standards du langage C et quelques-unes des outils C++. De très nombreuses librairies sont disponibles gratuitement pour communiquer avec le matériel connecté à la carte (afficheurs LCD, afficheurs 7 segments, capteurs, servomoteurs… etc.). Pour écrire un programme avec le langage Arduino, il faut respecter ses règles. En effet, l’exécution d’un programme Arduino s’effectue de manière séquentielle et les instructions sont ainsi exécutées les unes à la suite des autres, le compilateur vérifie l’existence de deux structures obligatoires à savoir, (voir figure 10) :
• Les parties initialisation et configuration des entrées/sorties,
• La partie incluant la fonction setup () ou la partie principale qui s’exécute en boucle et la fonction loop ().
Par contre, la partie déclaration des variables est optionnelle. La figure 10 montre l’interface graphique de l’éditeur EDI ainsi que la structure d’un programme réalisé avec le langage Arduino. La carte Arduino contient tout ce qui est nécessaire pour le fonctionnement d’un microcontrôleur. Elle est aussi compatible avec les circuits imprimés prévus pour les cartes Arduino nano, Duemilanove ou Diecimila,

Module- ampèremètre

Nous avons utilisé un module ampèremètre ACS 712 lors de la réalisation. La figure 12 montre le schéma de ce composant.
Figure 12 : Module ampèremètre.
L’étalonnage de la tension effet hall générée à la sortie est linéaire par rapport à l’augmentation de la quantité de charge branchée en série avec ce composant (y= 0.879 x si y : tension et x : courant), [4].

Module-voltimetre

Spécialement conçu pour aborder la notion de quantité d’énergie, un voltmètre permet de visualiser la tension fournie aux bornes de l’utilisation.
Figure 13 : Module voltmètre.

Afficheur LCD

Pour afficher l’information dans le système mobile, nous utilisons un écran LCD 2×16. Cet afficheur est spécifique à Arduino. Les tensions d’alimentation et de fonctionnement sont de 5VDC. La figure 14 et le tableau 7 montrent l’écran LCD avec les caractéristiques de ces différents pins.
Les broches 15 et 16 ne sont présentes que pour les afficheurs LCD avec retroéclairage. Les connexions à réaliser sont simples puisque l’afficheur LCD dispose de peu de broches. Il faut évidemment, l’alimenter, le connecter à un bus de données (4 ou 8 bits) et connecter les broches E, R/W et RS.

Fils

Le fil c’est un matériel afin de réaliser les interconnexions entre composants.

Réalisation

Schémas des montages

Arduino nano – Écran LCD

La figure 20 indique le branchement d’Arduino avec l’afficheur de puissance LCD.

Résultats

L’afficheur de puissance LCD affiche la puissance consommée comme l’indique la figure 21 pour le cas d’un ordinateur portable Acer.
Figure 21: Valeur affichée de la puissance consommée par un ordinateur portable.
A titre de validation du dispositif que nous avons réalisé et utilisé l’appareil consomètre indiquant la consommation mesurée selon la figure 22.
Nous branchons notre ordinateur à un consomètre, l’écran de cet appareil affiche la valeur de 42,1W qui est la puissance consommée par cet ordinateur.
Si cet appareil fonctionne pendant 10mn par jour, alors l’énergie consommée est de :
E = P * ∆t
E = 42,1W * 0,6h
E = 25.26Wh (2)

Discussions

Nous utilisons un appareil ayant la même fonction que celle que nous avons réalisée. La comparaison des valeurs prises par ces deux appareils nous montre que notre matériel fonctionne bien et de manière efficace.
Nous pouvons faire la gestion de l’énergie électrique en utilisant le microcontrôleur Arduino avec ses deux modules : ampèremètre et voltmètre.
Ainsi, nous pouvons utiliser ce matériel comme un compteur électrique.

CONCLUSION

La Société pour la Maitrise de l’Énergie, de l’Eauet de l’Environnement où nous avons effectué notre stage assure la production et la distribution de l’électricité de la Commune rurale de Tolongoina et du Fokontany Tsimbahambo. Cette microcentrale produit jusqu’à 60kW et jusqu’à présent la clientèle est satisfaite de ses services malgré les quelques réclamations.
Les trois phases de consommation affichées dans le tableau de contrôle de la Centrale sont déséquilibrées. Nous constatons de cette déséquilibration entre ces trois phases provient de la quantité de charge branchée sur la ligne monophasée.
Ainsi, pour bien assurer l’équilibrage de phase, il faut que toutes les installations des lignes de base tension (BT) dans chaque quartier soient en triphasées.
En général, les travaux effectués pendant le stage nous ont permis de renforcer nos connaissances pratiques sur la gestion de réseau électrique.
Quant à notre projet personnel, il consistait en la réalisation et en la mise en œuvre d’un appareil de mesure de puissance consommée basé sur un microcontrôleur Arduino et ses périphériques .Ce diapositif nous a permis aussi d’afficher la valeur de puissance consommée.
L’indicateur de l’affichage de puissance et de consommation est un matériel assez simple mais utile à tous car il permet de suivre l’économie et la consommation d’énergie consommée afin de limiter la puissance utilisée pour le bon fonctionnement du disjoncteur ou toute autre source d’énergie (gestion de l’énergieélectrique).
Nous avons utilisé un consomètre ayant la même fonction que l’appareil que nous avons réalisé. La comparaison des valeurs ainsi prises par les deux appareils nous a montré que le matériel que nous avons conçu fonctionne bien. Ainsi, notre dispositif peut servir de compteur électrique L’utilisation de l’énergie renouvelable permet d’améliorer la vie quotidienne et elle contribue au développement de notre pays. Cette forme d’énergie n’a pas de conséquence mauvaise sur l’environnement. Les sources d’énergie renouvelables qui peuvent être exploitées à Madagascar sont les énergies éolienne, photovoltaïque, l’hydraulique et la biomasse. Ces quatre (4) sources d’énergie peuvent être exploitées à Madagascar dans la partie Est de Madagascar qui possède un relief à pente raide et plusieurs cours d’eau rapides d’où la possibilité d’exploitation de l’énergie hydroélectrique comme le cas de la centrale hydroélectrique de Tolongoina, district d’Ikongo, région de Vatovavy Fitovinany par la Société SM3E

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA SOCIETE POUR LA MAITRISE DE L’EAU, DE L’ENERGIE ET DE L’ENVIRONNEMENT.
1.1 Présentation du lieu du stage
1.2 Description de la Société pour la Maîtrise de l’Énergie, de l’Eau et de l’Environnement
1.2.1 Activités et siège
1.2.2 Infrastructures
1.2.2 Organigramme de la société.
1.3 Portrait de la microcentrale de Tolongoina
1.3.1 Caractéristiques de la microcentrale de Tolongoina
1.3.2 Principe de fonctionnement de la microcentrale de Tolongoina
1.3.3 La centrale jusqu’à la charge
1.4 CONTEXTE DU STAGE
CHAPITRE 2 : DEROULEMENT DU STAGE
2.1 Études des données de la centrale
2.2 Interprétation des tableaux 2 et 3
2.3 Constatation
Chapitre 3 : REALISATION D’UN DIAPOSITIF D’INDICATEUR DE PUISSANCE ET DE CONSOMMATION
3.1 Matériels utilisés
3.1.1 MICROCONTRÔLEUR ARDUINO
3.1.1.1 Introduction
3.1.1.2 Partie matérielle
3.1.1.3 Partie logicielle
3.1.2 Module- ampèremètre
3.1.3 Module-voltimetre
3.1.4 Afficheur LCD
3.1.5 Fils
3.2 Réalisation
3.2.1 Schémas des montages
3.2.1.1 Arduino nano – Écran LCD
3.2.1.2 Arduino-Module voltmètre
3.2.1.3 Arduino-Module Ampèremètre
3.2.2 Organigramme de l’afficheur de puissance
3.2.3 Schéma synoptique
3.3 Schéma de montage final sur l’Arduino
La figure 20 présente le montage de tous les branchements.
3.4 Résultats
3.5 Discussions
ANNEXE
REFERENCES

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