Review - Double anniversaire - ABB

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 ABB 3 | 16

 review
 fr

 125 ans de présence en Suisse 7
 100 ans de recherche 13
 Des innovations révolutionnaires 16 La revue
 En route vers le futur 55 technologique
 du Groupe ABB

 Double anniversaire

2016 est l’année d’un double anniversaire pour ABB : 125 ans
 de présence en Suisse, son « ancêtre » Brown Boveri & Cie
 ayant vu le jour en 1891, et 100 ans de recherche institution-
 nelle puisque c’est en 1916 qu’ASEA, second fondateur du
 Groupe, a créé son premier centre dédié à l’innovation à
 Västerås (Suède).

 Nous avons choisi d’illustrer cet héritage avec, en couverture,
 le stator d’un alternateur ASEA de 22 MVA destiné à la localité
 norvégienne de Glomfjord, en 1919, et d’annoncer l’avenir
 avec, ici, le stator d’un aérogénérateur moderne en cours de
 réalisation à Lingang (Shanghai).

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Sommaire

Double 7 ABB, une entreprise en mouvement
 125 ans d’histoire jalonnée d’innovations

anniversaire 13 Forces vives
 100 ans de recherche ABB

Moteurs 16 L’innovation ABB en première ligne

de progrès 17 Variateurs de vitesse électroniques

 19 Démarreurs progressifs

 21 Des moteurs électriques au top

Le futur 23 La technologie du courant continu à haute tension
 fait grimper le transport électrique

en continu 24 Transport massif d’électricité avec HVDC Light®

 27 Sectionneur ultrarapide pour disjoncteur CCHT hybride

 29 Câble CCHT extrudé

Transformation 31 Progrès dans l’isolation des transformateurs et les changeurs de prises
 pour applications de fortes puissances

tous azimuts 32 Le changeur de prises fait le vide

 35 La recherche fondamentale au secours des transformateurs convertisseurs CCHT

De l’invention 38 Microréseaux
 Pour une énergie propre, fiable et bon marché

à l’innovation 41 Une bio du robot
 Petite histoire de la robotique industrielle

 45 Brasse coulée
 ABB et le brassage électromagnétique

 49 Mining 2.0
 Le nouveau filon de la mine

Intensité 55 Cure d’amaigrissement dans l’éolien marin
 Un nouveau concept ABB de plate-forme CCHT allégée

énergétique et affranchie du courant alternatif

 57 Au faîte des économies
 Le stockage de l’énergie solaire s’invite à domicile

 62 Valoriser le stockage
 Étude de cas d’un microréseau batteries-diesel raccordé
 au réseau principal

 Sommaire ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­3

Édito

 La roue tourne . . .

 Chers lecteurs,
 S’il est une constante de notre univers, c’est électrique, futur berceau du groupe ABB. À
 bien le changement perpétuel. La technologie l’époque, la fée électricité n’était pas nouvelle
 en est une parfaite illustration. et le progrès avait déjà permis de l’acheminer
 à moindres frais jusque dans les foyers et
 Il n’y a pas de meilleur prisme que l’histoire les usines. Une situation comparable à celle
 pour étudier, comprendre et mettre en de la transition numérique que nous vivons
 contexte la dynamique du changement et ses actuellement : si le microprocesseur et le
 ramifications à long terme. Après l’invention sans-fil existent depuis longtemps, il aura
 de la machine à vapeur et la mécanisation (fin fallu des trésors d’imagination et d’ingéniosité
 du XVIIIe siècle), l’introduction de l’électricité pour démocratiser leur usage et libérer leur
 et la production de masse (début XXe), et potentiel.
Bazmi Husain l’apparition des automatismes programma­
 bles (fin des années 1960), la numérisation 2016 marque également le centenaire de la
 des usines préfigure un quatrième âge d’or recherche ABB. En 1916, ASEA (qui donnera
 industriel ou « Industrie 4.0 ». Chaque période son « A » au sigle ABB) inaugure son centre
 a secoué les fondements de la précédente de recherche à Västerås, en Suède, d’où
 sur lesquels s’articulaient non seulement sortiront les premiers diamants de synthèse
 l’industrie mais aussi la société et jusqu’aux ainsi que plusieurs générations d’automa-
 modes de pensée. Pour qui sait accompa- tismes industriels et le transport électrique
 gner le mouvement, les révolutions sont en courant continu à haute tension (CCHT).
 l’occasion de conquérir de nouveaux terri- Ces réussites témoignent de l’excellence du
 toires jusque-là inexplorés. Groupe et de sa volonté de rester en tête de
 la course à l’innovation, grâce à une R&D
 Témoin de l’avènement de trois de ces quatre forte de quelque 8500 personnes dans le
 jalons de l’histoire des techniques, ABB en monde.
 a aussi été l’un des promoteurs et chefs de
 file. On lui doit, par exemple, le lancement en L’évocation du passé d’ABB est aussi un
 1974 de l’IRB 6, premier robot tout électrique tremplin pour l’avenir. Entre rétrospective et
 commandé par microprocesseur. Cette inno­- prospective, souhaitons que les lecteurs
 vation a bouleversé de nombreux pans de la d’ABB review y puisent leur inspiration.
 production manufacturière tout en faisant
 beaucoup pour la sécurité au travail et la Bonne lecture,
 productivité.

 Aujourd’hui, ABB fête un double anniversaire.
 Il y a 125 ans, Charles Brown et Walter Boveri
 fondaient la société Brown Boveri & Cie (BBC), Bazmi Husain
 qui allait vite devenir un grand nom de la Directeur des technologies
 production, du transport et de la conversion du Groupe ABB

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Édito ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­5

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ABB, une entreprise
en mouvement
125 ans d’histoire jalonnée d’innovations

 S
DOMINIC SIEGRIST – ABB fête cette i « Énergie et productivité pour en 1911, la locomotive à traction élec-
année un double anniversaire : les un monde meilleurTM » est plus trique donne le coup d’envoi de l’électri-
125 ans de la création de Brown Boveri que jamais la devise du groupe fication ferroviaire. Les locomotives mobi-
& Cie (BBC) et le centenaire du centre ABB, force est de reconnaître liseront d’ailleurs une part importante de
de recherche ASEA, en Suède. Au fil que les produits mis au point par ses fon- l’effort de recherche-développement de
des décennies, c’est une succession dateurs reflétaient déjà cette motivation. BBC, jusqu’à la fin du XIXe siècle.
ininterrompue d’avancées techniques
que ses deux précurseurs ont accom- Quand en 1883 Ludvig Fredholm crée En 1905, BBC suggère aux Chemins de
plies en solo ou en partenariat depuis ASEA à Västerås (Suède), ses tout Fer Fédéraux suisses (CFF) d’électrifier la
leur fusion en 1988. Un événement ­p remiers appareils
que le Groupe ne manquera pas de (éclairages électri­
célébrer dans le monde entier et dans ques et alternateurs) En 1911, la locomotive élec-
les colonnes d’ABB review. Retour sur ont déjà vocation à
plus d’un siècle de prouesses technolo- améliorer notre quo­ti­trique de BBC inaugure une
giques BBC et sur la dernière décennie
d’innovations ABB.
 dien. De même, lors­
 que Char­les Brown
 nouvelle ère dans l’épopée de
 et Wal­t er Boveri  ➔ 1l’électrification ferroviaire.
 fon­dent en 1891 BBC,
 à Baden (Suisse), ils
 entendent faciliter la vie du plus grand ligne ferroviaire du tunnel du Simplon ;
 nombre. De fait, c’est en démocratisant les CFF refusent. Qu’à cela ne tienne,
 l’usage de l’électricité que les réalisa- BBC s’en chargera à ses frais ! À défaut
 tions de ces deux pionniers de l’électro- d’être une réussite économique, le projet
 technique ont tant fait progresser la est une première mondiale qui dope
 société. ­l’activité BBC ; nombreux sont les contrats
 d’électrification ferroviaire remportés par
 Les percées technologiques ne vont pas la suite, tels le projet pharaonique du
 tarder à s’enchaîner : en 1891 sort de tunnel du Saint-Gothard une quinzaine
 terre la première centrale électrique à d’années plus tard  ➔ 4.
 Baden ; en 1895, les appareillages BBC
Photo
 équipent le tramway de la ville suisse de L’entre-deux-guerres
Rien n’arrête BBC et ASEA, pas même le
gigantisme des machines. Ci-contre, un
 Lugano  ➔ 2 ; en 1897 apparaît le premier La période 1918–1939 est agitée. Après
alternateur triphasé BBC de 2 MW dans une exemplaire d’une longue lignée de la pénurie de main-d’œuvre et de
aciérie allemande (1912). disjoncteurs haute tension à huile  ➔ 3 ; matières premières occasionnée par la

 ABB, une entreprise en mouvement ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­7

Les produits ASEA 1 Walter Boveri, accompagné de son épouse (au centre) et d’une connaissance,
 sur le chantier de construction de la première usine BBC (1891).

 et ABB ont de tout
 temps facilité et
 amélioré le quoti-
 dien de millions de
 personnes.

Grande Guerre, BBC reprend son essor
mais l’embellie est éphémère puisque les
commandes s’effondrent à partir de
1920, et ce pendant quelques années.
Puis l’activité se redresse jusqu’à ce que
la crise de 1929 lui porte un nouveau
coup. Passé ce cap difficile, l’entreprise
rebondit une fois de plus ; en 1939, elle
est en mesure de verser à ses action- La Second Guerre mondiale met de nou- presseurs de moteurs à réaction, etc.
naires les premiers dividendes depuis veau à mal l’entreprise. Mobilisation Si les bombardements alliés de 1944
sept ans. oblige, les bras manquent alors que plombent l’activité, il faudra moins de dix
 les commandes se multiplient. BBC se ans pour renouer avec la croissance.
De la tourmente aux Trente Glorieuses retrouve en porte-à-faux, à la fois four-
Si, en 1936, BBC tarde à investir le mar- nisseur des Alliés et du Troisième Reich. Vers la fin du conflit, les commandes
ché des radiotransmissions, il y prend Les commandes pour les donneurs dépassent les capacités ; en 1945, l’entre-
très vite ses marques avec, dès 1939, d’ordres suisses (40 % du marché en prise se porte bien et la plupart de ses
son premier émetteur à lampes. La fabri- 1942–1943) atteignent des sommets, divisions s’étoffent. Le milieu des années
cation quitte alors le laboratoire pour surtout dans la production d’énergie. 1950 est marqué par l’essor des turbines
s’installer en 1943 dans une usine spé- Dans le même temps, l’Espagne, qui se à vapeur qui battent des records de
cialement construite pour l’occasion. De relève de la Guerre civile, devient l’un puissance. Les commandes affluent de
la simple T.S.F. à la production de cha- des plus gros clients de BBC. En plein grands comptes comme la Tennessee
leur pour l’industrie et à la radiothérapie, conflit mondial, l’équipementier trouve Valley Authority, qui réceptionne en 1967
la technique progressera peu à peu pour les moyens et le temps de construire le un groupe turbo-alternateur BBC de
culminer, en fin de décennie, avec la laboratoire haute tension de Baden, une 1300 MW. Les turbocompresseurs enre-
mise au point d’un accélérateur de parti- installation qui allait s’avérer précieuse gistrent la même croissance, tant en
cules médical (bêtatron). dans les années à venir. volume de ventes qu’en puissance.

En 1939, BBC construit la première tur- En 1935, le site BBC à Mannheim (Alle- En 1953, le laboratoire de recherche
bine à gaz au monde, qui alimentera en magne) se déploie au point de surclasser BBC spécialisé dans l’aérodynamique et
secours la ville de Neuchâtel jusqu’en l’usine d’origine de Baden. L’entreprise les techniques de combustion est inau-
2002. Elle orne aujourd’hui l’établisse- prospère en équipant les forces armées : guré. 1965 voit une première mondiale :
ment Alstom de Birr (Suisse), emblème motorisation de sous-marins allemands un hydrogénérateur refroidi à l’eau. BBC
historique de la réussite de BBC. U-Boot, turbines pour la marine, com- est aussi présent sur le front domestique

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2 À la fin du XIXe siècle, BBC fournit l’essentiel de l’équipement électrique du
 tramway de Lugano. Première mondiale,
 l’électrification du
 chemin de fer du
 Simplon fait décoller
 l’activité ferroviaire
 de BBC.

avec des cuisinières, des machines à L’heure est à l’entraînement électrique à
laver, des humidificateurs et des chauffe- vitesse variable. Lancés en 1969 et équi-
lits. Une activité cédée à AEG en 1972, pés de la technologie de commande
même si la fabrication de cafetières BBC se révolutionnaire « DTC » (Direct Torque
poursuivra jusque dans les années 1980. Control), les variateurs ABB adaptent en
 permanence la vitesse et le couple du
À l’image de BBC, ASEA a aussi un long moteur aux stricts besoins de l’applica-
palmarès de percées technologiques. tion. Cette optimisation allège la facture
Cent ans se sont écoulés depuis la créa- énergétique d’environ 50 % en exploita-
tion de son pôle de recherche ; l’occa- tion et améliore la commande.
sion de revenir sur quelques réalisations
phares de la dernière décennie. Réluctance variable
 Le moteur asynchrone (MAS) est large-
La course en tête ment majoritaire dans l’industrie. Dépourvu
Vers la fin des années 1960, l’innovation de collecteur ou de balais, il concilie
ASEA et BBC prend de l’ampleur et s’accé- puissance et performance, fiabilité et
lère. Les avancées dans le domaine élec- maintenance facilitée. Mais il a aussi ses
tronique permettent de repenser com- inconvénients, dont peut l’affranchir le
plètement les modes de résolution des moteur alternatif à aimants permanents
problèmes industriels. La vitesse variable (MAP).
en est un premier exemple.
 Connu de longue date, celui-ci n’a pu
Les moteurs électriques sont partout vraiment concurrencer le MAS que dans
dans l’industrie. Ils transforment en force les années 1980 avec l’arrivée d’une
motrice près des deux tiers de l’électricité nouvelle génération d’aimants perma-
produite dans le monde, le plus souvent nents à terres rares comme l’alliage
pour entraîner des ventilateurs, des néodyme-fer-bore (NdFeB). (Notons au
pompes et des compresseurs. Dans la passage que ce moteur a besoin de la
plupart de ces applications, le moteur vitesse variable, autre domaine d’inno-
tourne à vitesse constante, même inuti- vation ABB.) Le MAP est « synchrone »,
lement, le débit étant réglé par étrangle- c’est-à-dire que son rotor tourne en
ment mécanique (vannes, vantelles, synchronisme avec le champ magné-
registres, etc.) : un gouffre énergétique ! tique. D’où, entre autres avantages, une
 régulation plus précise de la vitesse, un

 ABB, une entreprise en mouvement ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­9

En 1967, la 3 Fabrique de disjoncteurs à haute tension (1935)

 Tennessee Valley
 Authority prend
 possession du
 plus puissant
 ­turbo-alternateur
 au monde.

 meilleur rendement énergétique et un Depuis un peu plus de trente ans, ABB
 moindre échauffement des roulements fabrique des démarreurs progressifs qui
 et du rotor. diminuent le couple au démarrage du
 moteur, avec de nombreux avantages :
 Revers de la médaille : les aimants per- réduction des chutes de tension réseau,
 manents coûtent cher et sont sensibles à limitation des appels de courant, sup-
 la volatilité des prix sur le marché des pression des pics d’intensité et optimisa-
 métaux rares. De plus, le champ magné- tion du câblage.
 tique élevé du rotor complique la mainte-
 nance du moteur. ABB n’a cessé de peaufiner ce concept
 au fil des ans en sortant de nouveaux
 Pour y remédier, ABB a introduit ces der- modèles qui ont tous rencontré un vif
 nières années deux moteurs affranchis des succès : gamme performante PSE en
 aimants à terres rares : en 2011, le 2010, gamme évoluée PSTX en 2014,
 moteur synchrone à réluctance variable
 « SynRM »  ➔ 5 et, en 2014, le moteur syn-
 chrone à réluctance avec aimants en La variation de
 ­f errite « SynRM2 ».
 ­v itesse fut parmi
 Plus performants que les asynchrones
 classiques, les SynRM peuvent offrir des
 les premières techno­
 rendements élevés ou une densité de logies à bénéficier
 puissance supérieure dans un moindre
 volume. Ils se démarquent également des progrès de
 par une maintenance allégée, une inertie
 réduite et une fiabilité exceptionnelle.
 l’électronique de
 puissance.
 Démarrage progressif
 Autre lacune des MAS : leur démarrage.
 La méthode la plus fréquente est le intégrant des fonctionnalités de commu-
 démarrage direct sur le réseau, à l’aide nication et une micro-console débro-
 d’un contacteur principal et d’un relais chable pour afficher les informations de
 de surcharge thermique. Malheureuse- diagnostic.
 ment, le courant absorbé au démarrage
 peut être six à sept fois supérieur au
 courant nominal.

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­1 0 ABB review 3|16

Câbles CCHT
4 Locomotive électrique à l’essai sur la ligne ferroviaire du Gothard (1919)
 Le courant continu à haute tension est
 acheminé par des lignes aériennes mais
 aussi par des câbles qui, par exemple,
 raccordent les parcs éoliens marins au
 système terrestre en courant alternatif
 (CA) ou interconnectent les grands réseaux
 électriques transcontinentaux. La lon-
 gueur pratique des lignes CA étant limi-
 tée par des effets capacitifs, le CCHT est
 la technologie clé pour le transport mas-
 sif d’électricité sur de longues distances.

 ABB a accompli d’immenses progrès
 dans ce domaine au cours des trente
 dernières années, comme en témoigne
 son système de câble extrudé à isolation
 synthétique XLPE (polyéthylène réticulé)
 sous 525 kV, lancé en 2014. Le Groupe a
 également mis au point une structure de
 câble dynamique pour le CCHT, particu-
 lièrement utile aux plates-formes en mer.

 Disjoncteurs hybrides
L’aventure continue Ce principe est au fondement de la techno- En cas de défaut, il faut déconnecter les
C’est en pleine « guerre du courant » logie HVDC Light ® d’ABB, bâtie sur systèmes CCHT. De nos jours, les liai-
opposant Edison, partisan du continu, et des convertisseurs à deux niveaux fonc- sons CCHT sont en grande majorité
les tenants de l’alternatif (Westinghouse tionnant jusqu’à environ ± 80 kV. Dix- point à point et peuvent être déconnec-
en tête, future société d’ABB), qu’ASEA neuf ans après ses premiers pas en mai tées par des disjoncteurs CA à chaque
et BBC voient le jour. Aux débuts de 1997, HVDC Light totalise 25 installa- extrémité. Or cela a pour effet de sec-
l’électricité, la distribution moyenne ten- tions dans le monde,
sion (MT) se faisait en courant continu, transite plus de
jugé plus performant et plus facile à 10 GW et pèse un Le courant continu à haute
mettre en œuvre. Mais l’alternatif ne tar- milliard de dollars
da pas à le déloger. dans le portefeuille tension est la technologie
Les récents développements technolo-
 d’activités ABB.
 reine pour le transport massif
giques, notamment dans les semi-conduc- Transformateurs d’électricité sur de longues
teurs de puissance, ont remis le courant ABB domine le
continu en selle. Cette évolution, cou- marché des trans- distances.
plée au besoin d’acheminer toujours formateurs depuis
plus d’électricité à l’échelle de la planète, de nombreuses décennies. Les progrès tionner toute la ligne. Les réseaux CCHT
incita ABB à introduire la technologie du les plus récents bénéficient au courant se banalisant, un défaut peut alors pro-
courant continu à haute tension (CCHT), continu à très haute tension (CCTHT), voquer le découplage du réseau entier.
fondée sur la mise en série de transistors avec des transformateurs de puissance Autre complication : la déconnexion doit
bipolaires à grille isolée IGBT en boîtier assignée jusqu’à 1100 kV. être beaucoup plus rapide dans un sys-
pressé. tème CCHT que dans un équivalent CA.
 Qui dit transformateur dit changeur de
L’énergie nécessaire pour commander prises ; c’est là un autre domaine dans Autant de facteurs qui ont poussé ABB
un IGBT est très faible et peut être pui- lequel ABB fait autant figure de pionnier à développer son disjoncteur CCHT
sée du circuit d’aide à la commutation que de perpétuel innovateur. Ses tout hybride. Là encore, les semi-conduc-
(snubber) raccordé en parallèle avec le derniers changeurs de prises en charge teurs de puissance ont été mis à profit :
composant ; aucune énergie auxiliaire réduisent les besoins de maintenance et l’appareil se compose d’un disjoncteur
fournie par la terre n’est donc néces- améliorent les performances : l’arc élec- principal à base d’interrupteurs de puis-
saire. Qui plus est, la commande de trique se forme dans une chambre de sance et de parafoudres, ainsi que d’une
gâchette peut très précisément amorcer coupure sous vide, et non plus dans branche parallèle contenant un section-
et bloquer l’IGBT, permettant la mise en l’huile, évitant de contaminer le diélec- neur mécanique ultrarapide et un inter-
série des transistors et leur commande trique. rupteur électronique de commutation de
unitaire par centaines, en une fraction de charge. Cette « hybridation » permet la
microseconde. déconnexion rapide indispensable aux
 applications CCHT.

 ABB, une entreprise en mouvement ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­1 1

Le CCHT d’ABB 5 Rotor de moteur synchrone à réluctance variable SynRM d’ABB

 repose sur la
 mise en série de
 transistors IGBT
 en boîtier pressé.

 Automatisation et professionnelle, les champs de pétrole des acquis et bienfaits de la vie moderne
 ABB a deux grands pôles de compé- et de gaz en plein désert, les usines de sont le fruit de l’ingéniosité des cher-
 tences : l’énergie et l’automatisation. On traitement de l’eau, les mines souter- cheurs ABB depuis 125 ans.
 peut dire sans exagérer que ses avan- raines, mais aussi au fond des océans
 cées dans ces domaines ont révolutionné (transformateurs installés à 3000 m de
 l’automatisation industrielle. Le Groupe profondeur, par exemple), au cœur des
 n’a eu de cesse d’innover aussi bien dans agglomérations comme en rase cam-
 les systèmes numériques de contrôle- pagne, dans les usines de production et
 commande (SNCC) que dans les auto- de transformation qui se sont métamor-
 matismes manufacturiers, tout comme phosées ces dernières années . . . et
 ASEA fut à l’origine du premier robot jusque dans l’espace ! À bord d’un satel-
 industriel électrique à succès, en 1973. lite, la technologie ABB gravite autour de
 la Terre.
 Les premiers développements robo-
 tiques, dans les années 1950 et 1960, Un nouvel enjeu de taille, que même des
 s’étaient soldés par des machines visionnaires comme Brown, Boveri ou
 hydrauliques maladroites et bruyantes, qui Fredholm n’auraient pu soupçonner, se
 perdaient beaucoup d’huile. Conscient dessine : le réchauffement climatique. Le
 du potentiel des robots à commande génie humain consacré aujourd’hui à
 électrique, ASEA met au point et com- atténuer les effets anthropiques sur le
 mercialise au début de la décennie 1970 milieu naturel ouvre des pans entiers
 le premier modèle du genre, l’IRB 6 (pour d’innovation pour ABB. Les ressources
 Industrial RoBot et 6 kg de capacité de renouvelables en font partie : vent, soleil,
 charge). Le succès est immédiat. Qua- biomasse et autres formes d’énergie
 rante ans plus tard, quatre des cinq pre- sont le ferment des nouvelles solutions
 miers exemplaires livrés à une petite ABB. Au-delà de la production, c’est
 entreprise suédoise sont toujours au aussi la distribution de ces sources
 travail, témoins de l’excellence indus-
 ­ d’énergie et les technologies associées
 trielle ABB. (microréseaux, stockage, gestion de charge,
 conversion de puissance, négoce, ordon-
 De nouvelles générations de robots ABB nancement, etc.) qui bénéficient encore
 leur ont succédé, au service de nom- de l’innovation ABB.
 breuses filières industrielles.
 Depuis la fusion d’ASEA et de BBC, en
 La conquête de nouveaux territoires 1988, ABB a su maintenir son statut de
 Relevant les défis d’une multitude de numéro un technologique et commercial Dominic Siegrist
 domaines, les technologies de l’énergie et dans des secteurs très variés, grâce à sa ABB Suisse
 de l’automatisation ABB se sont implan- démarche d’amélioration continue dans Zurich (Suisse)
 tées partout : dans la sphère domestique l’énergie et l’automatisation. Nombre dominic.siegrist@ch.abb.com

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Forces vives
100 ans de ANDERS JOHNSON – Du besoin naît l’innovation, dit l’adage. ASEA,
 société suédoise à l’origine du groupe ABB, en fit l’expérience durant
recherche ABB la Première Guerre mondiale : coupée de ses fournisseurs de matériaux
 et forcée de trouver d’autres moyens de servir ses clients, elle décide
 de construire en 1916 son « laboratoire central » à Västerås. Son
 ambition est double : surmonter cette période difficile mais aussi
 mettre le cap sur le siècle à venir. De nombreuses premières mondiales
 seront bientôt en germe : diamants de synthèse (années 1950), robots
 électriques industriels (décennie 1970), liaisons en courant continu à
 haute tension CCHT (1990), etc. Aujourd’hui, le centre de recherche
 ABB s’engage en faveur du développement durable, à travers plusieurs
 projets d’envergure menés dans les secteurs de l’énergie et de l’auto-
 matisation.

 Forces vives ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­1 3

1 Fabrication de diamants de synthèse à Västerås (Suède)

 1a C’est en 1949 qu’ASEA lance ce projet classé top secret. En 1953, les premiers diamants sont 1b Premiers diamants de synthèse sortis du
 élaborés sous une pression de 8,4 GPa maintenue pendant une heure. Une prouesse dont le laboratoire ASEA
 secret fut gardé jusque dans les années 1980 !

 L
 a première mission du labora- consacre à la mise au point et au test de
 toire central d’ASEA était de pal- matériaux de remplacement.
 lier la perte des fournisseurs
 de matériaux et les ruptures Dans les années 1950, ASEA crée à Väs-
 d’approvisionnement dues à la Première terås une « cité des sciences » équipée
 Guerre mondiale. Une mission qui devait de laboratoires modernes, qui seront
 perdurer après la fin des hostilités tant regroupés, au début des années 1960,
 les besoins de recherche dans ce sur le site de Tegner, toujours en acti­
 domaine étaient importants. vité   ➔ 1. Trois grandes missions lui sont

 Durant l’entre-deux-
 guerres, le labora- Plusieurs premières mondiales
 toire joue surtout
 un rôle de soutien sont à porter au crédit de
 aux unités de pro-
 duction d’ASEA.
 la recherche ABB : diamant
 S’il relève les défis de synthèse (années 1950),
 auxquels sont sou-
 vent confrontées les robot électrique industriel
 différentes entités
 du Groupe, comme
 (décennie­1970), liaison
 la résistance des en courant continu à haute
 matériaux et la cor-
 rosion, il assure égale­ tension, entre autres.
 ment des recherches
 et des développements pointus, notamment confiées : le contrôle des matériaux, le
 dans l’isolement électrique et les fours à service et le conseil en productique (nou-
 haute fréquence. velles méthodes de fabrication, contrôle-
 commande de procédés, diagnostic de
Photo p. 13 La Seconde Guerre mondiale est une pannes), la recherche-développement
Laboratoire ASEA d’essais de court-circuit à époque de forte expansion. De nouveau (matériaux, fabrication, machines, équi-
Ludvika (Suède), construit de 1930 à 1933.
 confronté à la suspension de ses appro- pements et systèmes)  ➔ 2.
L’équipement de test (en arrière-plan) était capable
de développer une puissance de court-circuit visionnements et à la pénurie de matières
d’un million de kilovoltampères. premières, le centre de recherche se

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2 Valve à thyristors pour la liaison CCHT Inga–Shaba en République 3 Présentation du robot 5 axes IRB 6 (1974), dont bon nombre des
 démocratique du Congo, ex-Zaïre (début des années 1980) 1900 exemplaires construits par ASEA sont encore en service.

 En 1988, ASEA et Brown Boveri (BBC)
 Au milieu des fusionnent en ABB. Le succès ne se En 1980, la
 dément pas tout au long de la décennie
 ­a nnées 1960, le 1990 avec notamment la première liai- ­recherche ASEA
 laboratoire d’ASEA son en courant continu haute tension
 HVDC Light ®, mise en service sur l’île
 est au cœur du
 est engagé dans suédoise de Gotland en 1999. développement
 70 grands chan- En ce début de XXI e siècle, nombreuses des capteurs à
 tiers, le plus ambi- sont les innovations auxquelles le centre
 de recherche ABB a pris activement part :
 fibre optique pour
 tieux portant sur – 2008 : changeur de prises en charge la mesure de
 équipé d’interrupteurs à vide ;
 les piles à com­b us­ – 2010 : transformateur de 800 kV pour ­t empérature dans
 tible. le courant continu à très haute
 tension (CCTHT) ;
 les transforma-
Au milieu des années 1960, le laboratoire
 – 2011 : moteur synchrone à réluctance
 variable SynRM ;
 teurs.
prend part à 70 grands projets de R&D, – 2012 : disjoncteur CCHT hybride ;
le plus ambitieux portant sur les piles à – 2014 : record mondial du transport
combustible pour sous-marins. Hélas, CCHT sur câble de 525 kV ; achève-
bien trop en avance sur son temps, cette ment d’un projet global d’efficacité
innovation restera dans les cartons. énergétique sur le site minier de
 Garpenberg (Suède) ;
Les années 1970 voient l’avènement des – 2015 : lancement du robot collaboratif
robots électriques industriels  ➔ 3 et de la à deux bras YuMi.
variation électronique de vitesse desti-
née à piloter les machines à papier et les Ce numéro d’ABB review ouvre ses Anders Johnson
laminoirs. En 1980, le centre est au cœur pages aux domaines et percées techno- Historien des techniques
du développement des capteurs à fibre logiques de la recherche ABB, dont il Stockholm (Suède)
optique pour la mesure de température célèbre le premier siècle d’existence . . .
dans les transformateurs. mais explore aussi le futur. Des questions sur cet article ?
 Car le meilleur est à venir. Contactez Erik Persson, à l’adresse
 erik.persson@se.abb.com.

 Forces vives ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­1 5

Moteurs de progrès
 L’innovation ABB en première ligne

 P
 ABB a été l’un des grands pionniers du ompes, ventilateurs, compres-
 Bibliographie
 moteur électrique qui, aujourd’hui plus seurs : en 2012, ce trio de ma- [1] Meza, M., « Industrial LV Motors & Drives:
 que centenaire, a connu des améliora- chines représentait, en chiffre A Global Market Update – January 2014, IHS »,
 tions permanentes mais aussi des d’affaires, 79 % du marché mon- communication Motor & Drive Systems 2014 –
 Advancements in Motion Control and Power
 innovations marquantes qui se sont dial des moteurs basse tension [1]. Ces
 Electronic Technology, Orlando (Floride,
 intensifiées ces cinq dernières années. derniers jouent un rôle prépondérant dans États-Unis), 2014.
 Variation électronique de vitesse, la conversion électromécanique, absorbant
 contrôle direct de couple « DTC » (Direct 28 à 30 % de la production électrique.
 Torque Control), démarrage progressif Pas étonnant que leur rendement soit
 et nouvelles générations de moteurs aujourd’hui un critère déterminant et que
 concentrant des niveaux inégalés de toutes les grandes régions industrielles
 puissance dans un encombrement aient adopté une réglementation leur im-
 réduit, sont quelques-unes des avan- posant des exigences minimales de per- Photo
 cées majeures signées ABB. formance énergétique. L’impressionnante Le rendement et la densité de puissance des
 quantité d’énergie consommée par ces nouveaux moteurs SynRM et SynRM2 d’ABB font
 beaucoup progresser la conversion électroméca-
 moteurs électriques à l’échelle du globe
 nique. La technologie SynRM n’est qu’un exemple
 explique l’importance accordée à l’inno- de l’innovation ABB dans le domaine des moteurs
 vation dans ce domaine. électriques et de leur commande.

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­1 6 ABB review 3|16

100 ans de recherche ABB

Moteurs de progrès

Variateurs de vitesse
électroniques
SJOERD BOSGA, HECTOR ZELAYA DE LA PARRA – Depuis plus d’un siècle, le moteur à courant
alternatif (CA), par sa polyvalence, règne en maître dans les usines. Toutefois, sa commande
n’est à l’origine pas aussi simple que celle du moteur à courant continu (CC), où le couple
est proportionnel au courant d’induit. Le développement de la variation de vitesse en alternatif
a donc répondu à un double objectif : émuler les caractéristiques du variateur CC, telles
que réponse en couple rapide et vitesse précise, tout en conservant les atouts du moteur
CA standard.

L
 a mission première d’un varia- lation ni retour capteur ; elle se fonde sur
 teur consiste à réguler la vitesse Les progrès de un modèle théorique évolué des caracté-
 ou le couple développé sur l’arbre ristiques du moteur pour calculer direc-
 moteur. Un exercice auquel se l’électronique de tement le couple. Les variables de com-
prête bien le moteur CC, par sa simplicité
de fonctionnement (pas d’électronique
 puissance depuis mande sont ici le flux magnétisant et le
 couple moteur.
de commande complexe) et sa capacité quelques décen-
à fournir sans difficulté la vitesse et le Il n’y a donc pas de modulateur MLI ni de
couple demandés. Toutefois, les progrès nies ont permis capteur de vitesse (dynamo tachymé-
de l’électronique de puissance depuis
quelques décennies ont permis d’appli-
 d’appliquer la trique) ou de position (codeur) sur l’arbre
 moteur  ➔ 2. La commande DTC s’appuie
quer la vitesse variable au courant alter- vitesse variable au sur les processeurs de traitement numé-
natif, avec la possibilité d’émuler les rique du signal (DSP) les plus rapides du
excellentes performances du moteur CC courant alternatif. marché et sur une modélisation mathé-
à l’aide d’un moteur CA robuste, peu matique très poussée du fonctionnement
coûteux et sans entretien. du moteur. Résultats : un temps de
 les renvoyer dans la boucle de com- réponse en régulation de couple dix fois
Techniques traditionnelles mande. Cette configuration « en boucle plus court que celui de n’importe quel
La commande en fréquence d’un varia- ouverte », simple et économique, est autre variateur CA ou CC  ➔ 3 , et une
teur CA utilise des consignes de tension idéale pour les applications où la préci- précision dynamique en régulation de
et de fréquence envoyées à un modula- sion n’est pas un critère essentiel, vitesse huit fois supérieure à celle d’un
teur qui simule une onde alternative sinu- comme le pompage et la ventilation. variateur CA en boucle ouverte et compa­
soïdale et transmet celle-ci au bobinage rable à celle d’un variateur CC équipé
statorique du moteur. Cette technique de Il est aussi possible d’utiliser la MLI pour d’un capteur. C’est là le premier varia-
« modulation de largeur d’impulsions » le « contrôle vectoriel de flux » ; cette teur « universel » capable de rivaliser avec
(MLI) exige l’utilisation d’un redres­s eur à commande, plus performante, est toute- les variateurs CA et CC.
diodes côté réseau et le maintien d’une fois plus coûteuse et nécessite un retour
tension CC constante dans le circuit inter- capteur. La commande DTC améliore notable-
médiaire. Un onduleur commande le ment la consommation énergétique, la
moteur en tension et en fréquence au Révolution technologique réponse en couple, la linéarité et la répé-
moyen d’un train d’impulsions MLI  ➔ 1. Le contrôle direct de couple DTC d’ABB tabilité, ainsi que la précision de vitesse
Cette méthode permet de s’affranchir du surclasse les techniques de commande du moteur, tout en réduisant les harmo-
capteur qui mesure la vitesse de rotation traditionnelles des moteurs. Par exemple, niques.
de l’arbre ou sa position angulaire pour l’orientation du flux ne nécessite ni modu-

 Moteurs de progrès | Variateurs de vitesse électroniques ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­1 7

1 Boucle de régulation d’un variateur CA à commande MLI 2 Boucle de régulation d’un variateur CA à commande DTC

 Commande en fréquence Contrôle direct de couple

 U
 Consigne Régulation Régulation
 Rapport
 de Modulateur Moteur CA Moteur CA
 U/f de vitesse de couple
 fréquence f

 3 Variateur ACS550 d’ABB 4 Module de puissance à IGCT de 9 MVA

 Affaires de famille
 La technologie Le premier convertisseur de fréquence à
 commande MLI, baptisé SAMI, vit le jour
 DTC d’ABB au début des années 1960 en Finlande,

 a révolutionné dans les usines de la société Strömberg,
 rachetée par ASEA en 1987. Les progrès
 la commande de l’électronique de puissance au cours
 des décennies suivantes donnèrent nais-
 des moteurs. sance à toute une lignée de variateurs
 ABB, élargissant le champ d’application
 de la vitesse variable. Aujourd’hui, les
 variateurs moyenne tension gagnent en
 compacité, en fiabilité, en redondance et
 en efficacité énergétique. Au vu des
 contributions d’ABB dans ce domaine,
 notamment l’utilisation de thyristors inté-
 grés commutés par la gâchette (IGCT)  ➔ 4
 et la commande DTC, il n’est pas éton-
 nant que le Groupe soit l’un des premiers Sjoerd Bosga
 fournisseurs au monde de variateurs Hector Zelaya De La Parra
 pour l’industrie. ABB Corporate Research
 Västerås (Suède)
 sjoerd.bosga@se.abb.com
 hector.zelaya@se.abb.com

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­1 8 ABB review 3|16

100 ans de recherche ABB

Moteurs de progrès

Démarreurs
progressifs
HECTOR ZELAYA DE LA PARRA, MARIA WIDMAN, SÖREN KLING, GUNNAR JOHANSSON – Le moteur
asynchrone à courant alternatif, le plus répandu dans l’industrie, démarre très souvent directe-
ment sur le réseau, à l’aide d’un contacteur principal et d’un relais de surcharge thermique. Cette
méthode a néanmoins l’inconvénient d’entraîner un courant de démarrage qui peut atteindre un
multiple de l’intensité assignée. Ce fort appel de courant est responsable de chutes de tension,
préjudiciables aux autres équipements raccordés au réseau, mais aussi de contraintes méca-
niques excessives qui peuvent détériorer le moteur. Les démarreurs progressifs sont la parade à
ces surcharges. ABB fabrique et commercialise depuis longtemps une vaste gamme de ces
appareils.

U
 n démarreur progressif à élec- la production et de
 tronique de puissance a pour L’angle d’allumage varie pro- la distribution de
 vocation de limiter le courant l’énergie électrique
 appelé au démarrage en aug- gressivement pour augmenter Elfack (Suède). Pour-
mentant progressivement la tension appli-
quée au moteur, réduisant ainsi les valeurs
 la tension et le couple, et tant, à l’époque, les
 avantages du dé-
initiales de couple et d’intensité  ➔ 5. ­accélérer le moteur. mar­r age progressif
 ne faisaient pas en-
Le démarreur progressif est un dispositif core recette, si ce
électronique à thyristors : ces compo- ou direct sur le réseau. L’arrêt progressif n’est auprès de clients suédois de la
sants semi-conducteurs bipolaires, mis au peut également éviter tout dommage mine et du papier ; ASEA dut former le
point dans les années 1950, conviennent matériel provoqué par l’arrêt brutal d’une marché à ce nouveau concept.
aujourd’hui à de très hauts niveaux de bande transporteuse.
tension et de courant. Les thyristors d’un Les principaux composants d’un démar-
démarreur progressif sont montés tête- L’offre fournie d’ABB reur progressif moderne sont pour l’essen-
bêche sur chaque phase du moteur. Un Après avoir été l’un des précurseurs du tiel les mêmes que ceux des premières
contrôle judicieux de leur allumage per- domaine dans les années 1970, le Bri- versions : un contacteur, un relais de sur-
met une augmentation progressive de la tannique Fairford Electronics fut parmi charge et des thyristors  ➔ 6. À cela s’ajoutent
tension de démarrage : l’angle d’allumage les premiers à concevoir et à produire un une carte électronique, un dissipateur
varie graduellement pour produire une départ-moteur triphasé doté d’une fonc- thermique, des ventilateurs et un boîtier.
rampe de tension et de couple, et accé- tion d’optimisation énergétique automa-
lérer le moteur. tique et de démarrage progressif pour En 1993, une nouvelle mouture étoffée en
 économiser l’énergie. Intéressé par l’idée, fonctionnalités voyait le jour : la gamme
L’un des avantages de ce démarrage en ASEA entreprit en 1982 de collaborer PSD. Proposée dans une plage de ten-
douceur, sans à-coups mécaniques, est avec une petite société suédoise, Elfi, sions, elle ouvrait de nouveaux débou-
que le couple peut être réglé exactement à pour développer son propre démarreur chés à l’échelle mondiale. Le démarreur
la valeur requise ; c’est là un important fac- en mettant à profit le savoir-faire de son progressif PSD remporta un franc suc-
teur de différenciation de la concurrence. partenaire et les composants de Fairford cès tout au long de la décennie 1990 et,
 Electronics. même si Fairford Electronics était encore
Atout supplémentaire : la fonction inté- responsable de son volet technique,
grée d’arrêt progressif, très utile pour Le projet fut une réussite, couronnée ABB sut mettre à profit sa force de vente
arrêter les pompes des réseaux d’eau en 1984 par le lancement du premier et son expérience commerciale pour
sensibles aux coups de bélier, lors d’un démarreur progressif d’ASEA, le DEHE, déployer massivement le produit.
arrêt direct en démarrage étoile-triangle à l’occasion du Salon international de

 Moteurs de progrès | Démarreurs progressifs ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­1 9

5 Courbes de courant et de couple d’un moteur asynchrone à cage d’écureuil classique 6 Représentation simplifiée du démarreur
 sans démarreur progressif progressif

 KM1 KM2 KM3
 I

 FR1 FR2 FR3

 C
 Q1 Q2 Q3

 tr/min tr/min
 Courbe de courant Courbe de couple
 KM : contacteur principal M
 Courant maxi Courant Couple Couple Couple FR : relais de surcharge
 de démarrage assigné de démarrage assigné maxi Q : démarreur

 7 L’offre de démarreurs progressifs ABB
 Comme pour bien d’autres équipements
 industriels, la tendance est au dévelop-
 pement des fonctions de diagnostic pour
 répondre aux exigences croissantes de
 fiabilité et de disponibilité. De nouvelles
 technologies de rupture, comme l’Inter-
 net des objets, des services et des per-
 sonnes (IoTSP), tracent la voie d’une
 connectivité étendue qui améliorera la
 maintenance préventive et l’intégration
 dans le milieu industriel.

 tant les pertes par conduction des thyris-
 Le DEHE, premier tors. Les développements ultérieurs ont
 surtout porté sur de nouveaux algo-
 démarreur pro- rithmes pour renforcer les fonctionnalités

 gressif d’ASEA, du produit et sur l’emploi d’outils de
 modélisation et de simulation pour étu- Hector Zelaya De La Parra

 fut lancé au salon dier le fonctionnement du démarreur ABB Corporate Research
 dans les applications de pompage d’eau. Västerås (Suède)
 Elfack (Suède) en La baisse des coûts fut aussi un axe de hector.zelaya@se.abb.com

 1984. progrès ABB : le lancement du PSE en
 2010 consacre la suprématie mondiale Maria Widman
 du Groupe dans le domaine des démar- ABB Electrification Products,
 reurs progressifs  ➔ 7. Protection and Connection
 C’est en 2000 qu’apparaît le PSS, pre- Västerås (Suède)
 mier démarreur ABB conçu et fabriqué Depuis 2014, nombreux sont les démar- maria.widman@se.abb.com
 dans son usine d’Örjan, en périphérie de reurs progressifs à communiquer sous pro-
 Västerås (Suède). Deux ans plus tard, tocoles Modbus, PROFIBUS, DeviceNet, Sören Kling
 l’appareil est encore amélioré et l’offre Interbus-S, LonWorks, etc., grâce à leur ABB Electrification Products,
 ABB déclinée en deux gammes, du port de transmission, normalement sur Sales & Marketing
 simple PSS au PSD plus évolué. fibre optique. Ils s’enrichissent égale- Västerås (Suède)
 ment de diagnostics et d’IHM intuitives, soren.kling@se.abb.com
 En 2004, le nouveau modèle PST contri- et s’intègrent à d’autres appareils, tels
 bue au leadership d’ABB sur ce marché, les automates programmables. Autant de Gunnar Johansson
 notamment en Chine. Le PST est le pre- fonctionnalités dont est paré le tout ABB Electrification Products,
 mier démarreur progressif à intégrer un n ouveau démarreur progressif PSTX
 ­ Protection and Connection
 contact de by-pass en fonctionnement d’ABB. Västerås (Suède)
 normal pour économiser l’énergie en évi- gunnar.c.johansson@se.abb.com

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