TDs - Electronique de Puissance [PDF]

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TDs -Électronique de puissance I. Les Redresseurs : Exercice 1 : Pont redresseur monophasé commandé 1- Pont à quatre thyristors Le pont alimente un récepteur selon le schéma de la figure 1, V (t) =V.√2 sin (ωt). On appelle ψ l’angle de retard à l’amorçage des thyristors

V(t)

Le courant I étant constant, tracer U(t) pour ψ =60° et 120 Calculer Umoy en fonction de ψ. Si E=110 v, R=0.6Ω et L= 200mH le courant absorbé I= 50A Calculer Umoy La tension primaire du transformateur est de 220 v 50 Hz. Calculer ψ si m =0.75 Chaque thyristor conducteur est équivalent à Vo= 1.08 v et R th =16mΩ, calculer la puissance dissipée dans le pont et la puissance consommée par le récepteur dans les conditions de 1.3 1.6 Tracer le courant circulant dans le secondaire du transformateur 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

U(t )

2- Pont mixte V(t) Un pont mixte alimente le même récepteur selon la figure 2 , V (t) =V.√2 sin (ωt) . On appelle ψ l’angle de retard à l’amorçage des thyristors. U(t 2.1 Le courant I étant constant, tracer U(t) pour ψ =60° et 120 ) 2.2 Calculer Umoy en fonction de ψ et comparer avec le résultat du 1.2. 2.3 Si E=110v, R=0.6Ω et L= 200mH le courant absorbé I= 50A Calculer Umoy 2.4 La tension primaire du transformateur est de 220v 50 Hz . Calculer ψ si m =0.75 2.5 Chaque diode conductrice est équivalente à Vo= 0.7 v et Rd =2mΩ, calculer la puissance dissipée dans le pont et la puissance consommée par le récepteur dans les conditions de 1.3. Comparer avec 1.5. 2.6 Tracer le courant circulant dans le secondaire du transformateur.

Exercice 2 : Soit une machine à courant continu (assimilable à une source de courant I0=40A=cte) alimentée par un redresseur P3 à diodes. Le réseau triphasé V1 (t) =V.√2 sin (ωt) ; V2(t) =V.√2 sin (ωt-2/3) ; V3(t) =V.√2 sin (ωt-4/3) ; V=230v – f=50Hz. 1) Montrez qu’il y a toujours une diode et une seule qui conduit à la fois. 2) Montrez que la diode qui conduit est celle qui a le potentiel d’anode le plus élevé. 3) Tracez l’allure de la tension redressée. 4) Déterminez la valeur moyenne de la tension redressée en fonction de V. 5) Tracez l’allure du courant dans la diode D 1. 6) Calculez sa valeur moyenne et sa valeur efficace. 7) Calculez la puissance reçue par la charge 8) Calculez le facteur d’utilisation de la source (Transformateur) FUT.

II. Les Hacheurs : Exercice 1 : Le dispositif représenté (figure 1), destiné à réaliser la régulation de vitesse d’un moteur à courant continu, comporte un circuit de commande, un hacheur, un moteur à courant continu (M) et une dynamo tachymétrique (DT). A - Étude du moteur. Celui-ci est à excitation indépendante. Le flux est maintenu constant. La f.é.m. E est proportionnelle à la vitesse angulaire ω : E = k. ω avec k = 1,53 V.rad-1.s. Résistance de l’induit : R = 2,0 Ω . Tension nominale d’induit : U = 180 V. Intensité nominale d’induit : I = 10 A. FST-SETTAT

Figure 1

ABDELHADI RADOUANE

1) Calculer pour le fonctionnement nominal : 1-1) La force électromotrice E. 1-2) La vitesse angulaire ω et la fréquence de rotation n. 1-3) La puissance électromagnétique Pe et le moment du couple électromagnétique Te. 2) Démontrer que le moment du couple électromagnétique est proportionnel à l’intensité I. Donner la valeur du coefficient de proportionnalité. B - Étude du hacheur. 1) La tension ug commande l’interrupteur électronique H. C’est une tension en créneaux représentée sur le document figure 3. Calculer sa fréquence f et la valeur de son rapport cyclique . 2) Analyse du fonctionnement du hacheur. L’interrupteur H et la diode D sont supposés parfaits. La tension d’alimentation est: V = 300 V. Quand ug > 0 l’interrupteur H est fermé. Quand ug < 0 l’interrupteur H est ouvert. 2-1) Donner les valeurs de ug et de u pour chacune des deux phases de fonctionnement du hacheur, sachant que le courant dans le moteur ne s’annule jamais. 2-2) Représenter les graphes u(t), iH(t) et iD(t) . 2-3) Exprimer la valeur moyenne de u(t) en fonction de V et de α. 2-4) Rappeler la valeur moyenne

de uL(t). Et exprimer alors en fonction de E, R et , valeur moyenne de i(t). Dans les conditions du document figure3, donner la valeur de . En déduire la valeur numérique de E. 2-5) L’ondulation du courant peut se caractériser par Imax - Imin où Imax et Imin sont les valeurs extrémales de l’intensité du courant. On donne :

I max  I min 

 V (1  ) Lf

a) Indiquer deux façons de diminuer l’ondulation pour une valeur de α donnée. b) Calculer la valeur de l’inductance pour avoir un fonctionnement conforme au document figure3. C - Amplificateur de différence : L’amplificateur opérationnel est idéal. 1) Quelle est la relation entre V+ et V- dans ce type de fonctionnement ? 2) Exprimer V+ en fonction de V1, R1 et R2. 3) Exprimer V- en fonction de V2,Vs, R1 et R2. En déduire la relation entre Vs V1 et V2. Justifier le nom d’amplificateur de différence et indiquer le coefficient d’amplification D- Régulation de vitesse. Étude qualitative du système bouclé. La tension VS commande la valeur du rapport cyclique α de u g(t), telle que α est proportionnel à VS :   A.VS ; V1 est une tension de consigne fixe. On considère que le moteur subit une variation de charge qui provoque une variation de sa vitesse. En suivant le schéma du système bouclé (figure 1), remplir le tableau en portant une flèche  pour « croissante » et une flèche  pour « décroissante » afin d’indiquer le sens de l’évolution de chacun des paramètres concernés dans l’ordre de la boucle. Montrer que le système bouclé a tendance à réguler la vitesse. Charge du moteur



FST-SETTAT

Intensité moyenne

F.é.m. E

Vitesse ω

V2

VS

Rapport cyclique α

Tension moyenne

F.é.m. E

Vitesse N



ABDELHADI RADOUANE

ug +10v

0 0

1,5

2,5

4

5

6,5

7,5

0

1,5

2,5

4

5

6,5

7,5

t

(ms)

0

1,5

2,5

4

5

6,5

7,5

t

(ms)

0

1,5

2,5

4

5

6,5

7,5

t

(ms)

0

1,5

2,5

4

5

6,5

7,5

t

(ms)

t

(ms)

-10v

u (V) 300

0

i (A) 11 9

0

i

H iK(A) ( A)

0

iD (A)

0

Figure 3 ie

Exercice 2 : Hacheur à 4 interrupteurs On étudie ce convertisseur direct tension - courant à 4 interrupteurs représenté cicontre. La séquence de commande sur une période de durée T est la suivante : - phase 1 : 0 ≤ t < αT : K1 et K3 fermés, K2 et K4 ouverts. - phase 2 : αT ≤ t < T : K1 et K3 ouverts, K2 et K4 fermés On donne : E=120v, =13A, f=1000Hz

vch

1°) Pour une valeur de rapport cyclique α = 0,3, représenter les évolutions temporelles de vch, ie, i1 et i2 sur une période. 2°) Pour une valeur quelconque de α, exprimer la valeur moyenne de la tension vch aux bornes de la source de sortie et de l’intensité du courant débité par la source d’entrée. 3°) En déduire la puissance moyenne échangée par ces sources et tracer le graphe de son évolution en fonction de α.

III. Les Onduleurs Exercice 1 : Étude de l'onduleur monophasé de secours Le schéma de principe de l'onduleur est celui de la figure ci-dessous : FST-SETTAT

ABDELHADI RADOUANE

Cahier des charges de l'onduleur de secours : - Valeur efficace du fondamental de la tension de sortie: V1=115v - Fréquence de sortie : f=400Hz - Puissance apparente nominale de sortie : S=1KVA - Facteur de puissance : 0,70 < cos  ≤ 1 - Distorsion globale de la tension de sortie : D