ZENDAOUI ELMEHDI - Compte Rendu TP1 [PDF]

Zitiervorschau

Département : Génie électrique Filière : GECSI-2

Compte rendue TP 1 ELECTRONIQUE DE PUISSANCE : REDRESSEUR

Réalisé par :  Zendaoui ELMehdi

Année universitaire 2020/2021

Encadré par :  M.KISSAOUI

Objectif du TP :

Il s’agit dans ce TP, de faire l’étude et la simulation du redressement et du filtrage d’un signal alternatif, de réaliser des circuits de redressement en double alternance, et d’analyser l’évolution de la tension et du courant de sortie du convertisseur avec charges résistives et inductives.

Logiciel de simulation Simulink :

Simulink est un logiciel de simulation multi-domaine modélisation de systèmes dynamiques. Il fournit un environnement graphique et un ensemble de bibliothèques contenant des blocs de modélisation qui permettent le design précis pour ce TP le logiciel Simulink est utilisé pour ls simulation des schémas de l’électronique de puissance. Le logiciel permet de dessiner le schéma du montage, à partir des éléments de la bibliothèque Simscape.

I.1. Redresseur double alternance à diodes : 1. Manipulation N°1 : Débit sur une charge résistive Simulation sur Simulink d’un redresseur PD2 débit sur une charge résistive R=12Ω

Figure 1 : Montage de la manipulation N°1

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1.1. Visualisez et relevez, la tension à l’entrée du redresseur, la tension de sortie, et la tension aux bornes d’une des 4 diodes du pont.

Figure 1: tension d'entrées, sorties et la tension aux bornes de la diode D1

1.2. Calculer de la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge. pour calculer la valeur moyenne avec le logiciel Simulink on utilise le bloc « Mean » qui se trouve dans « Measurement » de la bibliothèque Simscape.

Figure 2: pour calcule de la valeur moyenne et valeur efficace

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•

Valeur théorique de tension moyenne aux bornes de la charge :

Théoriquement on trouve que :

Valeur obtenue par Simulink Vchmoy=40.94V.

Figure 3 : valeur moyenne par Simulink

1.3. Calculer de la valeur efficace de la tension aux bornes de la charge. Et pour le calcul de la valeur efficace on utilise le bloc « RMS » qui se trouve dans la bibliothèque Simscape •

Calculer théoriquement de la tension aux bornes de la charge :

Théoriquement on trouve que :

D’après Simulink on trouve la valeur efficace de la tension de la charge égale à Vseff=45.36V.

Figure 4: valeur efficace par Simulink

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1.4. Visualisez et relevez, le courant à l’entrée du redresseur, le courant qui circule dans les diodes, et le courant de charge.

Figure 5: les courant d'entrée, sortie et le courant de la diode

2. Manipulation N°2 : Débit sur une bobine Simuler un redresseur PD2 à diode sur charge résistive en série avec une inductance, on donne R = 12Ω, L=100mH.

Figure 6: redresseur débit sur une charge inductive

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3. Travail à effectuer : A l’ajoute d’une bobine d’inductance L permet le courant sera lisser, c’est-à-dire une conduction continue pour une constante de temps (L/R), très grande. Partie A : 1.Visualisez et relevez, la forme d’onde du courant de charge et vérifier son lissage. par une petite comparaison entre le courant de sortie pour une charge R et le courant pour une charge RL on remarque que le courant inductif et plus lisse que le courant résistive.

Figure 7: le courant de sortie pour une charge inductive

A.2. Augmenter progressivement la valeur de l’inductance jusqu’à obtenir un taux d’ondulation inférieur à 5% On rappelle que le taux d’ondulation L(H)

Ismax

0.1

𝝉𝝉 = (Ismax -Ismin) / Ismin

taux

3.7849109

2.9465483

3.3769815

24.8%

0.2

3.5861078

3.1618290

3.3768489

12.5%

0.5

3.4612207

3.2647673

3.3710607

5.82%

A.3. Relevez la valeur de L nécessaire à obtenir 𝝉𝝉 < 5%

Pour obtenir un taux d’ondulation 𝝉𝝉 < 5% il nous faut une bobine avec une inductance L=0.5H

Figure 8: le courant pour L=0.5H

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A.4. Visualisez et relevez, la forme d’onde de la tension de charge : pour L =500mH la forme d’onde de la tension de charge et la suivante : -

la forme d’onde de la tension de sortie pour une charge RL reste la meme que celle d’une charge résistive.

Figure 9: tension de sortie pour une charge RL

5-. Calculer de la valeur moyenne et la valeur efficace de la tension aux bornes de la charge. Valeur moyenne et valeur efficace de obtenue par Simulink :

Figure 10: valeur moyenne et valeur efficace

Théoriquement on a trouvé :

-

Les valeurs théoriques et les valeurs obtenue par Simulink sont les meme. Ainsi que les valeurs ne changent pas pour une charge RL.

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A.6. Visualisez et relevez, le courant à l’entrée du redresseur, le courant qui circule dans les diodes D1 et D4, et le courant de charge.

Figure 11: visualisation des courants

A.7. Visualiser et relever la tension aux bornes de la diode D1 et le courant la traversant.

Figure 12: courant et tension au bornes de D1

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-

La diode D1 subie une tension inverse maximale qui égale a -62V.

A.8. Mesurer la puissance active Pc dans la charge. Pour obtenir la valeur de la puissance de charge en multiplier la valeur moyenne de la tension avec la valeur moyenne du courant et on trouve Pch = Vsmoy*Ismoy = 135.5watt

Figure 13: calcule de la puissance

9. Calculer Ps la puissance active côté source. La puissance active côté source Ps=136.67W Partie B : Dans cette partie on va supposer que les diodes du pont PD2 débitant sur une charge résistive ne sont plus dans leurs configurations idéales La tension seuil (Threshold voltage =0,7V), la résistance à l’état passant des diodes (diode résistance = 0.1Ω)

1. On étudiera l’impact de la tension seuil et de la résistance interne sur la valeur moyenne de la tension de charge.

Figure 14: paramètre interne de la diode

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2. Etudier enfin le phénomène d'empiètement en plaçant une bobine d'inductance L = 250μH entre la source et le redresseur, simulant l'inductance de fuite du secondaire d'un transformateur.

Figure 15: montage qui modélise le phénomène d'empiètement

Figure 16: tension et courant de charge avec le phénomène d'empiètement

Le phénomène d’empiétement est dû à la présence d’une inductance entre la source de tension parfaite et les diodes. Il a pour effet une diminution de la tension moyenne délivrée avec le niveau moyen de courant débit.

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 grâce au phénomène de l’empiétement on remarque la valeur efficace de la tension d’entrée diminue

5. Manipulation nº3 : Débit sur une charge RC (Filtrage) :

Figure 17: redresseur débit sur une charge capacitive

Remarque : Lorsque la tension augmente, le condensateur se charge, et lorsque la tension à la sortie du redresseur tend à diminuer, le condensateur se décharge ce qui réduit fortement la chute de la tension. Si le condensateur à une capacité suffisante, les variations de la tension de sortie peuvent être négligeables, la tension est quasiment continue.

6. Travail à effectuer : 6.1. Pour C fixée à 100μF, faites varier, R= 100Ω, 50Ω, 10Ω, 1Ω. Visualisez et relevez vos courbes. • La tension de charge pour R=100Ω :

Figure 18: tension avec une charge capacitive et R=100Ω

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•

La tension de charge pour R=50Ω :

Figure 19: tension avec une charge capacitive et R=50Ω

•

La tension de charge pour R=10Ω :

Figure 20:tension avec une charge capacitive et R=10Ω

•

La tension de charge pour R=1Ω :

Figure 21: tension avec une charge capacitive et R=1Ω

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7. Pour R fixée à 100Ω, faites varier, τ=R C = T /10 ; τ = R C = T ; τ = R C = 10 T, où T est la période en

seconde Visualisez et relevez vos courbes.

On fixe la valeur de R à 100 ohm, et on fait varier la capacité, C=2000 uF,200 uF,20 uF . On obtient les courbes suivantes : • la tension de charge pour C=20µF :

Figure 22: tension de charge avec C=20µF

•

la tension de charge pour C=200µF :

Figure 23:tension de charge avec C=200µF

•

la tension de charge pour C=2000µF :

Figure 24:tension de charge avec C=2000µF

-

on remarque avec l’augmentation de la valeur de la capacité le signal devient plus lisse et proche au continue, donc la capacite à un effet de lissage sur la tension de sortie.

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8. Remplir les tableaux 1 et 2 Les tableaux suivants représentent les résultats de cette expérience. Pour C=100uF et R variable : R(Ohm) 1 10 (V) 34.27 40.84 Veff (V) 36.45 42.94 (A) 34.34 4.082 Iseff (A) 36.45 4.294 52.5 55 ∆V(v) F 1 0.95 100 1000 τ(us) Vsmax(V) 53 62 Vsmin(V) 0.5 7

50 46.09 45.98 0.9218 0.9196 40 0.99 5000 62 22

100 50.52 49.59 0.505 0.495 30.02 1 10000 64 33.98

Pour R = 100 Ohm est C variable : τ(s) (V) Veff (V) (A) Iseff (A) ∆V(v) F τ(ms) Vsmax(V) Vsmin(V)

T /10 42.48 44 0.424 0.44 52 1 0.2 62 10

T 54.56 53.56 0.545 0.535 19 1.04 20 62 43

10T 60.56 60.45 0.605 0.604 3 0.99 200 63 60

6.4. Expliquer les différences obtenues entre les courbes sur charge capacitive et sur charge résistive : Pour le premier cas, on a fixé la capacité et on fait varier la résistance, on voit que lorsque la résistance a une valeur minimale, elle demande un courant maximal, avec l’augmentation de la valeur de la résistance, le courant demandé par la charge est diminué, et l’ondulation de la tension diminue. La même chose pour le deuxième cas, on a fixé la valeur de la résistance, et on fait augmenter la valeur de la capacité, on voit bien que l’ondulation de la tension est diminuée avec l’augmentation de la capacité. 6.5. Y a-t-il des améliorations apportées par ce type de redressement ? (Par rapport au redressement simple alternance), si oui lesquelles ? Ce type de redressement reste beaucoup mieux par rapport au redressement simple alternance, car on n’a pas beaucoup de perte au niveau de la tension de la charge (en termes de la valeur moyenne), ainsi qu’on a la partie de filtrage de la tension de sortie, ce qui influence la valeur moyenne de tension de sortie, on converge vers la valeur maximale du signal d’entrée. 13

6.6. Relevez la valeur de C nécessaire à obtenir 𝝉𝝉