Compte Rendu - TP - Electronique de Puissance [PDF]

Zitiervorschau

Compte rendu : Electronique De Puissance Réalisé par : Encadré par :

• EL OUHOUDI Soufiane

Pr. ELAFIA Aziz

• MOUSTAINE Mohamed • ZOHORY Mohamed • BNIDAR Oussama • LAGHRABI Oussama

Filière : CI-1 GEM A.U : 2021/2022

Table des matières Introduction générale ............................................................................................................... 3 Objectifs .................................................................................................................................... 3 TP1 : Onduleur à commande MLI sinusoïdale ........................................................................... 4 1.

Etude théorique .......................................................................................................... 4

2.

Travail de simulation ................................................................................................... 5

3.

Travail expérimental ................................................................................................. 13

4.

Conclusion du TP1 ..................................................................................................... 15

TP2 : Redresseur commandé triphasé .................................................................................... 16 1.

Etude théorique ........................................................................................................ 16

2.

Travail de simulation ................................................................................................. 17

3.

Travail expérimental ................................................................................................. 19

4.

Conclusion du TP2 ..................................................................................................... 22

Conclusion ............................................................................................................................... 22

2

Introduction générale : L’électronique de puissance est une branche de l’électronique qui a pour objet la conversion statique de l’énergie électrique entre une source et un récepteur qui n’ont pas des caractéristiques adaptées. Cette fonction est réalisée par des convertisseurs statiques qui transforment l’énergie électrique disponible en une forme adaptée à l’alimentation d’une charge bien déterminée. Ces convertisseurs se définissent par les avantages suivants : ✓ Bon rendement ✓ Taille et masse réduites ✓ Fonctionnement silencieux L’électronique de puissance a plusieurs applications parmi lesquelles la gestion, le transport et la distribution d’énergie électrique et la commande de machine électrique (variateur de vitesse). On différencie quatre types de convertisseurs dont on va étudier dans ce TP les deux suivants : ✓ Convertisseur alternatif-continu : redresseur. ✓ Convertisseur continu-alternatif : onduleur.

Objectifs : 1. Etudier un onduleur de tension à commande MLI sinusoïdale en premier lieu

par un travail de simulation par Simulink puis par une manipulation expérimentale, afin de comparer les valeurs obtenues dans les deux études. 2. Etudier un redresseur commandé triphasé (PD3 tous thyristors) en premier lieu

par un travail de simulation par Simulink puis par une manipulation expérimentale, afin de comparer les valeurs obtenues dans les deux études

3

TP1 : Onduleur à commande MLI sinusoïdale 1. Etude théorique : Considérons un onduleur de tension à deux niveaux :

Parmi les techniques des commandes à MLI les plus utilisées, on trouve la technique triangulo- sinusoïdale. Elle est obtenue par la comparaison entre deux signaux, un signal de porteuse 𝑉𝑝 et lessignaux de références 𝑉𝑟é𝑓𝑓 . Les fonctions logiques associées au signal de commande sont définies par :

✓ L'indice de modulation

est le rapport des fréquences de la porteuse et de la

référence. Vref ✓ Le coefficient de réglage en tension (taux de modulation) 𝑟 = est le Vp rapport de l'amplitude de tension de référence par rapport à l'amplitude de la porteuse. Dans la pratique, on s’arrange pour avoir un taux de modulation (𝑟) inférieur à l’unité de façon àéviter la commutation qui peut entraîner des discontinuités de fonctionnement. Par contre l’indice de modulation (𝑚) doit être très supérieur à l’unité afin de réduire les ondulations au niveau du couple, engendrées par à la commutation des interrupteurs. La valeur efficace de la fondamentale de la tension composée est donnée par la relation :

4

2. Travail de simulation : On réalise un onduleur de tension à deux niveaux à commande de MLI en utilisant l’espace Simulink/Simscape de Matlab Le schéma du montage :

5

Les paramètres initiaux : • Le temps de simulation est : 𝑡 = 0,4 𝑠 • La tension de la source continue : 𝐸 = 300 𝑉 • La résistance et l’inductance de la charge RL : 𝑅 = 300 Ω et 𝐿 = 0,2 𝐻 • La fréquence de la porteuse : 𝑓𝑝 • La fréquence de la modulante : 𝑓𝑟é𝑓 = 50 𝐻𝑧

6

Tableaux de valeurs : Profondeur de modulation 𝑟 (𝑓𝑝 = 𝟒 𝑘Hz)

Valeur efficace Valeur efficace dela de la tension fondamentale de composée la tension composée

Valeur efficacedu courant de charge

THD

THD

Tension composée

Courant decharge

0.8

158.5

116.3

0.1175

0.925

0.0604

0.7

148.2

101.6

0.1027

1.062

0.06388

0.5

125.3

72.25

0.07304

1.417

0.07435

0.4

112.1

57.55

0.05821

1.671

0.08102

0.35

104.8

50.2

0.05079

1.833

0.08476

Fréquence de la porteuse (𝐻z)

Valeur efficace de la tension composée

(𝑟 = 0.8)

Valeur efficace de THD THD Valeur efficace la fondamentale du courant de Tension Courant de de la tension charge composée charge composée

1000

158.5

116.4

0.1199

0.9245

0.2271

4000

158.5

116.3

0.1175

0.925

0.0604

8000

158.5

116.3

0.1174

0.925

0.03037

Formes d’onde : 1. Le signal en bleu représente la tension composée 2. Le signal en rouge représente le courant de charge 3. Le signal en jaune représente la fondamentale de la tension composée 4. Le signal en vert représente la fondamentale du courant de charge

7

• Pour 𝑓𝑝 = 𝟏 𝑘Hz 𝑟 = 0.8

𝑟 = 0.7

8

𝑟 = 0.5

𝑟 = 0.4

9

𝑟 = 0.35

•

Pour 𝑓𝑝 = 𝟒 𝑘𝐻z 𝑟 = 0.8

10

𝑟 = 0.7

𝑟 = 0.5

11

𝑟 = 0.4

𝑟 = 0.35

12

• Pour 𝑓 𝑝 = 8 KHz 𝑟 = 0.8

3. Travail expérimental : Le circuit de la manipulation :

13

Les relevés expérimentaux :

Profondeur de modulation 𝑟 (𝑓𝑝 = 𝟒 𝑘𝐻z)

Valeur efficace de Valeur efficace de de la fondamentale la tension de la tension composée composée

Valeur efficace du courant de charge avec offset

Valeur efficace du courant de charge sans offset

0.8

156

115

0.19

0.128452

0.7

145

100

0.18

0.113137

0.5

125

73

0.17

0.096437

0.4

113

58

0.16

0.07746

0.35

105

51

0.15

0.053852

Valeur efficace du courant de charge avec offset

Valeur efficace du courant de charge sans offset

Profondeur de modulation 𝑟 (𝑓𝑝 = 𝟏 𝑘𝐻z)

Valeur efficace de Valeur efficace de de la fondamentale la tension de la tension composée composée

0.8

156

115

0.19

0.128452

0.7

146

101

0.18

0.113137

0.5

125

73

0.17

0.096437

0.4

112

59

0.17

0.096437

0.35

104

50

0.16

0.07746

Fréquence de la porteuse (Hz) (𝑟 = 0.8)

Valeur efficace de la tension composée

Valeur efficace de la fondamentale de la tension composée

Valeur efficace du courant de charge

1000

156

115

0.19

4000

156

115

0.19

8000

156

115

0.18

14

Les valeurs efficaces du courant relevés expérimentalement pendant de la manipulation s’agissent des valeurs efficaces mesurées du courant de charge accompagné d’un courant de décalage. La relation s’exprime comme suit :

Avec :

4. Conclusion du TP 1 : En comparant les valeurs de la tension composée et du courant de charge obtenues par la simulation en utilisant de Simulink à celles relevées expérimentalement pendant la manipulation, on remarque que les deux valeurs de la tension sont similaires ainsi que les valeurs du courant de la charge de la simulation et sa valeur sans offset. On déduit donc que l’erreur entre les valeurs de courant obtenus par simulation et relevées est dû au courant d’offset (décalage).

15

TP2 : Redresseur commandé triphasé : 1. Etude théorique : Un redresseur triphasé en pont (pont de Graetz) alimente une charge 𝑅𝐿 et est relié à une sourcealternative triphasée de 50𝐻𝑧.

La commande des différents thyristors se fait selon le tableau suivant : Point de commutation Thyristor

desdiodes(degré)

Angle

Période de

d’amorçage

conduction

(degré)

(degré)

Th1

30

30+α

30+α to 150+α

Th2

90

90+α

90+α to 210+α

Th3

150

150+α

150+α to 270+α

Th4

210

210+α

210+α to 330+α

Th5

270

270+α

270+α to 390+α

Th6

330

330+α

330+α to 450 +α

Etude de puissances : • La puissance active : 𝑃 = 𝑉𝑚𝑜𝑦 . 𝐼𝑚𝑜𝑦 • La puissance apparente : 𝑆 = 3. 𝑉. 𝐼1 𝑃 • Le facteur de puissance : 𝐹𝑝 = cos(𝜑) = • La puissance réactive : 𝑆 = 3. 𝑉. 𝐼1. sin( 𝜑)

𝑆

On a : • La puissance déformante : 16

2. Travail de simulation : On réalise redresseur triphasé en pont (pont de Graetz) alimentant une charge 𝑅𝐿 en utilisant l’espace Simulink/Simscape de Matlab Le schéma du montage :

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Les paramètres initiaux : • Le temps de simulation est : 𝑡 = 0,1 𝑠 • • • •

La tension efficace au secondaire du transformateur : 𝑉 = 94 𝑉 La résistance et l’inductance de la charge RL : 𝑅 = 200 Ω et 𝐿 = 0,2 𝐻 La fréquence de la source : 𝑓 = 50 𝐻𝑧 L’angle d’amorçage 𝛼 = 60°

Tableaux de valeurs : La valeur efficace Valeur moyenne de Valeur moyenne du Valeur efficace du THD du courant du courant de la la tension de charge courant de charge courant de charge de source 𝒊𝟏 source 𝒊𝟏. 61.87

0.3094

0.3162

0.2595

0.3549

La puissance active P

La puissance apparente S

La puissance réactive Q

La puissance Déformante D

Le facteur de puissance

19.1425

73.179

70.6289

0.7288

0.2616

18

3. Travail expérimental Le circuit de la manipulation :

Les relevés expérimentaux : Valeur moyenne de la tension de charge

Valeur moyenne du courant de charge

Valeur efficace du courant de charge

54

0.26

0.3181

La valeur efficace du courant de la source 𝒊𝟏 0.26

G1 G2 G3 G4 G5

U/V

G6 300 250 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 -300

0

90

180

270

360

450

Figure 1: La tension de charge 19

540

630

720 t/°

G1 G2 G3 G4 G5

I/A

G6 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 -0,25 -0,50 -0,75 -1,00 -1,25 -1,50 -1,75 -2,00

0

90

180

270

360

450

540

630

720 t/°

Figure 2 : Le courant de charge

G1 G2 G3 G4 G5

I/A

G6 2,00 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 -0,25 -0,50 -0,75 -1,00 -1,25 -1,50 -1,75 -2,00

0

90

180

270

360

450

Figure 3 : Le courant de source

20

540

630

720 t/°

I/A

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Figure 4 : L’analyse spectrale du courant de source

Figure 5 : Le triangle de puissances

21

45

50 n

4. Conclusion du TP2 : En comparant, en premier lieu, les valeurs de la tension et du courant de charge ainsi que la tension et le courant débités par la source obtenue par la simulation en utilisant de Simulink à celles relevées expérimentalement pendant la manipulation, et en deuxième lieu les puissances de simulation à celles obtenues pendant la manipulation ; on remarque que les valeurs de tous ces grandeurs sont assez similaires et proches avec des erreurs presque négligeables dus aux des courants ou des tensions d’offset.

Conclusion : Durant ces deux TP, on a pu étudier deux montages exemplaires de deux types de convertisseurs statiques d’électronique de puissance s’agissant des onduleurs et des redresseurs. A travers cette étude, on a été capable de réaliser les montages en premier lieu par simulation sur la partie Simulink du logiciel Matlab et en deuxième lieu par une manipulation expérimentale dans le laboratoire dédié et par conséquent on est arrivé à étudier les différents tensions et courants de charge. On conclut enfin que le Simulink est un très bon outil permettant une étude quasi-réaliste des montages d’électronique de puissance

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