Introduction
Dans le cadre du Projet de Recherche Technologique de la dernière année du cursus ingénieur de l’INSA Strasbourg, quatre étudiants en Génie Électrique ont à développer un système de mesure. Il sera intégré dans un des pupitres de travaux pratiques de la plateforme électrotechnique de l’école. Son but est de mesurer en temps réel et de stocker dans la plateforme IoT de CaMéX-IA la consommation électrique du pupitre. Ces données seront ensuite utilisées par l’école pour identifier les TPs qui consomment le plus d’énergie et partager les données acquises avec le reste des lycées et écoles participants aux projets CaMéX-IA.
Cette table permet d’alimenter différents appareils et charges électriques afin de réaliser les travaux pratiques. Il y a au total 8 tables alimentées par trois mêmes réseaux :
- Un réseau triphasé 230/400 V
- Deux lignes à courant continu 120 V
- Une ligne à courant continu 48 V
Figure 1 : Un des pupitres de l’INSA Strasbourg
Ce projet est divisé en deux parties. La première partie consiste à mettre en place le système d’acquisition des données dans le pupitre et de transmettre ces données via un protocole de communication. La deuxième partie a pour but de récupérer et stocker les différentes mesures dans la plateforme IoT de CaMéX-IA.
Figure 2 : Synoptique du projet
Acquisition des données
Cette partie a pour but d’acquérir les données souhaitées. Celles-ci sont définies dans un cahier des charges qui a été réalisé en amont avec les enseignants. Il répond au besoin d’un électrotechnicien qui souhaite mesurer les différentes grandeurs du pupitre de TP afin de mettre en place d’éventuels filtres ou améliorations.
Les mesures seront les suivantes :
- Tension simple 230 Vac
- Courant dans les phases
- Courant dans le neutre
- Tension continu 48 Vdc et 2×120 Vdc
- Courant dans les circuits continu
Ces mesures devront permettre de calculer les grandeurs ci-dessous dans chaque circuit :
- Puissance active
- Puissance réactive (AC)
- Puissance apparente (AC)
- Puissance déformante (AC)
- Facteur de puissance (AC)
- Cos/sin φ (AC)
- Les harmoniques jusqu’au rang 13 minimum (AC)
- La fréquence (AC)
Finalement, d’après les mesures qui devront être acquises, cela revient à intégrer un analyseur de réseau permanent au pupitre qui communique et envoie les mesures vers une base de données.
Les harmoniques sont les composantes sinusoïdales d’un signal électrique périodique décomposé en série de Fourier. Il est intéressant et utile de connaître la puissance déformante et les harmoniques de courant/tension afin de pouvoir les limiter et de mettre en place des filtres. La présence d’harmoniques augmente les pertes et peut interférer avec le réseau.
La fréquence d’échantillonnage des données sera également modulable. Il n’est pas intéressant d’avoir une acquisition par seconde lorsque le pupitre n’est pas utilisé mais lors d’une séance de TP cela est nécessaire. De plus, afin de pouvoir atteindre au moins l’harmonique 13 (650 Hz), la fréquence d’échantillonnage et la bande passante des capteurs et moyens d’acquisition doivent être suffisamment élevées.
Les points importants qui vont nous aider à définir les solutions de mesures sont les suivants :
- La sécurité : il est indispensable que l’installation respecte la norme NFC-15100 ;
- La précision des mesures : garantir au minimum 2% de précision
- La fiabilité du système : il doit pouvoir perdurer dans le temps
- Le coût : bien que ce paramètre ne soit pas prioritaire sur le projet, il reste important de garantir la répétabilité du projet en minimisant les coûts ;
Le système de mesure doit être intégré dans le coffret électrique du pupitre afin de ne pas encombrer les tables où sont réalisés les travaux pratiques. Voici à quoi ressemble le coffret électrique du pupitre et son schéma électrique :
Figure 3 : Coffret électrique d’un pupitre
Figure 4 : Schéma électrique du coffret
Transmission et stockage des données
Cette partie a pour but de récupérer les données acquises et de les stocker sur la plateforme IoT de CaMéX-IA afin qu’elles puissent être exploitées. Tout d’abord, il faut définir comment ces données seront acquises. Pour l’instant, nous avons deux pistes qui permettraient de transmettre les données :
- Utiliser un compteur d’énergie qui réalise la partie mesure et qui dispose d’un port de communication pour envoyer les données
- Acquérir les données des capteurs sur une carte d’acquisition qui dispose d’un port de communication pour envoyer les données
Il faudra ensuite mettre en forme ces données afin d’en tirer certaines informations qui nécessitent des calculs comme les harmoniques par exemple. Ici se pose donc la question du traitement des données et comment elles peuvent être manipulées. Plusieurs pistes sont envisagées qui dépendent du protocole de communication de la carte d’acquisition :
- Utilisation d’un Raspberry Pi comme carte d’acquisition et réaliser les calculs sur celui-ci
- Mettre en place un système à part qui traite et met en forme les données avant de les stocker sur le cloud
Enfin, il faut stocker ces données sur la plateforme IoT. Pour l’instant, cette partie n’est pas encore définie et nous travaillons sur le protocole de communication à utiliser pour communiquer avec la plateforme.
Auteurs/Autrices : David RÖDER, Valentin MEYER, Maya PIVERT, Lorys BAETA. Étudiants en génie électrique de l’INSA Strasbourg
Mesure et transmission de la consommation des pupitres de la salle L012A de l’INSA Strasbourg vers la plateforme IoT © 2023 by David RÖDER is licensed under CC BY-SA 4.0 
