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  • IUT Annecy MPh 2

    2010/2011

    Electronique de Puissance

    TD 1 : Triphas et transformateur TD 2 : MCC et moteur pas pas TD 3 : Le moteur brushless et le moteur asynchrone TD 4 : Moteur asynchrone TD 5 : Redressement monophas et thyristor TD 6 : Redressement monophas command TD 7 : Redressement triphas TD 8 : Convertisseur continu-continu

    Andr Btemps

    Claudine Gurini

  • MP2 TD N1 ELECTRONIQUE DE PUISSANCE 2010/11 Triphas et Transformateur

    1. Triphas Soient V1=230 e

    j0, V2=230 e-j120, V3=230 e

    +j120 (donc V1=V2=V3=230V) Tracer le diagramme de Fresnel de V1, V2, V3, U12, U23, U31 (V1 origine des phases) Rappeler quelles conditions 3 tensions forment un systme triphas. On dispose de 3 impdances identiques que l'on cble en toile, donner le montage et noter sur celui-ci les grandeurs i1, i2, i3, v1, v2, v3, u12, u23, u31. Estimer la valeur du courant qui circule dans le fil du neutre. On dispose de 3 impdances identiques que l'on cble en triangle, donner le montage et noter sur celui-ci les grandeurs i1, i2, i3, j1, j2, j3, u12, u23, u31. Application :

    Nous sommes aliments par EDF via un rseau 230/400V. Donner la valeur de la tension entre phase et neutre et la valeur de la tension entre phase.

    2. Transformateur

    Lecture dune plaque bornes On relve sur un transformateur les indications suivantes :

    Transformateur disolement Pour un transformateur disolement monophas expliquer :

    o il faut connecter L1, N et PE cot primaire pourquoi on a une chance sur deux de mourir si on touche une des deux bornes du primaire pourquoi on ne risque rien si on touche une des deux bornes du secondaire la notion disolation lectrique assure par le transformateur triphas utilis en TP pour assurer le

    lien entre le triphas du rseau EDF et le triphas disponible sur la table

    Couplage dun transformateur triphas branch sur l e rseau EDF 230/400V Dduire la valeur de la tension entre phase au niveau du secondaire si :

    primaire en toile, secondaire en toile (Yy) primaire en toile, secondaire en triangle (Yd) primaire en triangle, secondaire en triangle (Dd) primaire en triangle, secondaire en toile (Dy)

    Que signifient : 250 VA IP 00-3 Pri : 230V 50/60Hz Cl : I Sec : 24V 10A Isol.CL.B

  • MP2 TD N1 ELECTRONIQUE DE PUISSANCE 2010/11 Triphas et Transformateur

    3. Puissances et influence du couplage Un rcepteur triphas est reli au rseau EDF 230/400V et peut tre cbl en toile ou en triangle. Limpdance de chacune de ses phases vaut 10+15j Calculer pour chaque couplage :

    Le courant par phase Le courant de ligne La puissance active par phase puis la puissance active totale par deux mthodes diffrentes La puissance apparente par phase puis la puissance apparente totale.

    Comparer les puissances totales entre les deux couplages 4. Protection des transformateurs et de leurs lignes (extrait doc Legrand) Protection des lignes Les lignes doivent tre protges contre les surcharges et contre les courts-circuits. La protection contre les surcharges n'est obligatoire que si la ligne est susceptible dtre parcourue par un courant de surcharge et elle peut tre installe en tte ou en bout de ligne. La protection contre les courts-circuits, est obligatoire dans tous les cas et doit tre installe en tte de ligne. Ordres de grandeur : Un fil lorsquil est droul supporte environ 10A/mm et lorsquil est enroul, il ne supporte plus que de 4 6 Amm. Un aspirateur de puissance 1400W possde un enrouleur automatique du fil dont la section est de 1,5mm. Pourquoi est-il conseill de drouler compltement le fil dun aspirateur lorsquon lutilise ? Ligne dalimentation (primaire du transformateur) Le transformateur est un appareil qui ne peut, lui seul, gnrer des surcharges. Sa ligne dalimentation ne ncessite donc quune protection contre les courts-circuits. Par ailleurs, la mise sous tension dun transformateur, il se produit un courant dappel trs important (de lordre de 25 ln) pendant 10 ms environ. La protection de la ligne doit tenir compte de ces deux facteurs. Legrand propose les trois possibilits suivantes : cartouches aM, disjoncteurs type D (magntique rgl 15 ln moyen), disjoncteurs type C (magntique rgl 6 ln moyen).

  • MP2 TD N1 ELECTRONIQUE DE PUISSANCE 2010/11 Triphas et Transformateur

    Dduire la protection minimale placer au primaire dun transformateur de 230V/250VA. Donner linconvnient dutiliser un disjoncteur courbe C. Ligne dutilisation (secondaire du transformateur) Cette ligne doit tre protge contre les surcharges et les courts-circuits. Pour les surcharges vrifier que le calibre de la protection choisie est infrieur ou gal au courant secondaire du transformateur. Pour les courts-circuits vrifier quun court-circuit au point le plus loign de la ligne assurera le dclenchement du dispositif de protection en moins de 5 secondes. Legrand propose les deux possibilits suivantes : cartouches gG disjoncteur type C (magntique rgl 6 ln moyen) Pourquoi un disjoncteur courbe D nest pas ncessaire dans ce cas ? Dans le cas o le transformateur nalimente quune seule ligne dutilisation, la protection du transformateur (si elle est effectue au secondaire) et la protection de la ligne peuvent tre confondues. Un seul dispositif de protection assure ainsi les deux fonctions Solution Legrand pour la protection des transformat eurs Les transformateurs doivent tre protgs contre les surcharges et les courts-circuits pouvant survenir dans le cadre dune utilisation normale. Cest le constructeur qui choisit la position la mieux adapte, soit au primaire soit au secondaire. Legrand a choisi la protection au secondaire. A partir du tableau ci-contre la protection ncessaire au secondaire dun transformateur de 24V/250VA. Cas de lignes de grande longueur : Estimation du courant maximum au point le plus loign : Pour vrifier que le dispositif choisi est bien adapt, une valeur approche du court-circuit minimum au point le plus loign de l'installation peut tre obtenue grce la formule ci-dessous : A.N : transfo 24V, 250VA, Ucc=3%, Vrifier que lors dun court-circuit direct sur la sortie on peut crire P=0,03Us Icc et dduire Icc. Recalculer Icc pour l= 20m avec 1,5mm et expliquer pourquoi, il est logique de devoir diminuer les calibre de la protection au secondaire.

  • MP2 TD N2 ELECTRONIQUE DE PUISSANCE 2010/11 MCC et moteur pas pas

    1. La machine courant continu ou (MCC) Zoom sur la partie collecteur et balais Sachant que :

    les balais sont monts sur la carcasse extrieure donc fixes deux lames de collecteur diamtralement opposes sont relies aux deux extrmits de la spire

    (plusieurs spires en ralit)

    1.1. Les deux relations de base de la MCC

    Schma quivalent lectrique (A noter que cot induit on rencontre quelquefois en plus une inductance) Complter les textes ci-dessous :

    Fonctionnement en moteur : Ue est une tension continue qui permet dalimenter les b quon appelle li et qui sont situes au s.. Cest ainsi quon cr le champ magntique statorique. Ce champ traverse linvitable e et les conducteurs fixs sur le r.. sont baigns dans ce champ magntique. Quand on injecte un courant dans ces conducteurs la force de Laplace sapplique sur eux et entraine le dplacement du rotor. Cependant sans le c. le rotor se stabiliserait dans une position dicte par la rgle du f maximal. En effet sitt que le rotor se met tourner on injecte le courant par dautres l du c. ce qui permet dalimenter une autre srie de spire situe dans la position optimale pour poursuivre la rotation.

    Fonctionnement en gnratrice :

    Le champ statorique est cr de la mme faon. Quand le rotor est entran, les spires au rotor voient un champ magntique variable. Il apparat donc une f.. qui obit au phnomne dinduction lectromagntique. Le nom donn li. provient du mode de fonctionnement en gnratrice. Ici aussi le c.. joue un rle important car il transforme cette tension variant sinusodalement en une tension quasiment continue do le nom de gnratrice c. c.

  • MP2 TD N2 ELECTRONIQUE DE PUISSANCE 2010/11 MCC et moteur pas pas

    On a E=k avec =ke Ie et k et ke, constants, fonction de la constitution de la machine.

    Fonctionnement en moteur : Pour le fonctionnement en moteur exprimer la tension dalimentation de linduit en fonction de E puis . Sachant qu vide le courant absorb par le moteur est faible expliquer comment on peut faire varier la vitesse dun moteur courant continu.

    Fonctionnement en gnratrice : Pour le fonctionnement en gnratrice exprimer la tension fournie par linduit en fonction de E puis . Expliquer comment on peut faire varier la tension fournie par linduit.

    Si on suppose que la machine est parfaite, PmcaE I=C d'o C=kI

    Fonctionnement en moteur : Expliquer les consquences dune variation de couple sur larbre du moteur

    Fonctionnement en gnratrice :

    Expliquer les consquences dune variation de dbit de courant de linduit Exercice : Un moteur possde un inducteur de rsistance 130 qui absorbe un courant de 1,5A. En charge, linduit de rsistance 0,6 est aliment sous une tension de 240V et absorbe un courant de 20A. Il tourne 1200tr/min en fournissant une puissance mcanique sur larbre de 4,1kW. En dduire E et le rendement du moteur. 1.2. Les deux prcautions prendre avec les MCC Dduire de la valeur de E l'arrt l'ordre de grandeur du courant au dmarrage. Quelle prcaution faut-il prendre pour dmarrer un moteur CC ? Exprimer en fonction de et dduire les consquences d'une coupure d'alimentation de l'inducteur quand le moteur est en train de tourner. Quelle prcaution faut-il prendre pour tre sr que le moteur ne s'emballe pas ? 1.3. Caractristique C=f( ) du moteur courant continu Le moteur idal devrait pouvoir tourner la mme vitesse quel que soit le couple exerc sur son arbre. En dduire sa caractristique C=f(). On suppose tre excitation constante et alimenter linduit du moteur avec une tension U constante. A partir du schma lectrique du moteur courant continu, dduire :

    Lexpression de sa vitesse vide o (I0 car C0) en fonction de U et k Lexpression de I en fonction de R, k, o et en charge. Lexpression de C=f(), tracer la caractristique C=f() du moteur courant continu et expliquer

    comment on se dplace sur cette caractristique quand le couple augmente. Comparer cette caractristique la caractristique du moteur idal

    Comment est modifie la caractristique prcdente si on fait varier U ?

  • MP2 TD N2 ELECTRONIQUE DE PUISSANCE 2010/11 MCC et moteur pas pas

    A N : un moteur CC qui tourne 1600tr/min vide entraine une charge 1500tr/min. La caractristique de la charge est C= 10Nm. En dduire la caractristique C=f() du moteur. 2. Le moteur pas pas La grande diffrence avec le MCC, c'est qu'on alimente plus que les enroulements au stator car le rotor est constitu d'un ou plusieurs aimants permanents. Le principe de base est que les ples opposs de deux aimants s'attirent. On donne ci-dessous un schma de principe d'un moteur pas pas command en demi pas. Commande par pas entier

    Donner la position du rotor si : o I1>0 et I2=0 o puis I1=0 et I2

  • MP2 TD N3 ELECTRONIQUE de PUISSANCE 2010/11 Le moteur Brushless et le moteur asynchrone

    MS

    3

    Mesure de la position relle du

    rotor

    Gnration des squences MLI

    Onduleur MLI Redresseur

    Filtre Dissipation

    Position souhaite du rotor

    Courant maximum autoris

    Moteur brushless

    Mesure du courant rellement absorb

    Asservissement de la

    position du rotor

    Asservissement du

    courant

    1. Principe le la commande du moteur Brushless.

    A B C D Faire un parallle entre moteur continu et le moteur courant continu sans balais (brushless). O sont inducteur et induit ? collecteur ou pas ?

    Moteur brushless MCC

    Avantages /

    Inconvnients

    Pas dentretien (pas de collecteur) Utilisable en atmosphre explosive Electronique interne. Structure dalimentation et de

    rgulation complexe mais matrise. Prix lev. Puissance massique leve Vitesse max leve Faible inertie (forte acclration). Excellente dissipation thermique

    (Pj au stator seulement).

    Entretien (balais, collecteur). Pas dlectronique interne. Simplicit du variateur. Pris bas. Adapte aux basses vitesses o elles ont

    une rgularit de marche excellente.

    Gnration dune MLI La MLI (PWM en anglais) est le signal carr. Le signal sinusodal est son fondamental. Le stator du moteur brushless est triphas et est aliment par trois " bras" de pont dont le schma est reprsent ci-dessous. Les interrupteurs d'un mme bras ont une commande complmentaire. Entre bras les commandes sont dcales de faon ce que le fondamental des 3 MLI soient triphass.

  • MP2 TD N3 ELECTRONIQUE de PUISSANCE 2010/11 Le moteur Brushless et le moteur asynchrone

    T1

    T4

    U

    D'1

    D'4

    T2

    T5

    V

    D'2

    D'5

    T3

    T6

    W

    D'3

    D'6

    Uc

    I1

    Uc

    U

    I4

    I2

    I5

    I3

    I6

    W

    U(u-v)U(u-v)

    V

    J(t) On a Uc=tension continue positive. Donner la valeur de U(u-v) lorsque I1 et I5 ferms puis lorsque I2 et I4 ferms. Dduire, ci-dessous, la tension compose U(u-v) partir de la squence de commande des diffrents interrupteurs.

    Obtention dun courant sinusodal Dans le montage ci-contre donner l'expression de J(t) pour U(t)=+Uc et J(0)=Jo

    Puis l'expression de J(t) pour U(t)=-Uc et J(0)=Jo enfin pour U(t)=0. Remarque : Prciser ce que serait lallure de J(t) dans le cas dun diple RL avec R/L

  • MP2 TD N3 ELECTRONIQUE de PUISSANCE 2010/11 Le moteur Brushless et le moteur asynchrone

    2. Le moteur asynchrone 2.1 Thorme de Leblanc simplifi Pour simplifier au maximum, imaginons l'enroulement de l'inducteur de la MCC. o Donner l'allure du champ magntique sur [0,2] le long du stator en supposant que l'enroulement est

    aliment par un courant constant et est rparti de telle faon crer comme pour la MCC un ple nord sur un demi-tour et un pole sud sur lautre demi-tour.

    o Imaginons maintenant que l'enroulement de l'inducteur est rparti le long du stator de faon ne pas passer brutalement de -BM BM brutalement. Reprsenter l'allure de ce champ.

    o Si la rpartition des spires est telle que sur la longueur du stator droul, on obtienne une priode d'un cosinus pour l'allure du champ magntique, donner l'expression de B en supposant que son amplitude vaut BM.

    o Si en plus l'enroulement est aliment par un courant alternatif IM cos (wt), donner l'expression de B en supposant que son amplitude vaut BM.

    On alimente trois enroulements avec les trois courants triphass suivants :

    IM cos (wt) IM cos (wt - 2/3) IM cos (wt + 2/3)

    De plus ces trois enroulements sont dcals de 2/3 sur la longueur, ce qui implique trois champs : o BM cos (wt) cos() o BM cos (wt - 2/3) cos( - 2/3) o BM cos (wt + 2/3) cos( + 2/3)

    en un point on aura la somme de ces trois champs c'est dire, (BM/2)( 3*cos(wt-) + cos (wt+) + cos (wt+-4/3) +cos (wt++4/3)) Bau point = 3 BM/2 cos(wt-)

    Conclusion : Si un observateur se dplace le long du stator la vitesse w, alors wt= et il voit donc un champ constant de valeur 3 BM/2. Si un observateur stationne en une position fixe , il voit un champ qui varie dans le temps la pulsation w. Tout ce passe comme si on avait cr l'intrieur de la machine un champ tournant avec des enroulements fixes ! 2.2 Constitution du moteur asynchrone

    Au niveau de sa constitution, comme le moteur brushless il possde au stator trois enroulements disposs 120, aliments en triphas. Et au rotor il possde des enroulements court-circuits sur eux-mmes qui voyant le champ magntique du stator varier crent une fem induite puis un courant qui cre un champ magntique rotorique. 2.3 Nombre de paires de ples et glissement

  • MP2 TD N3 ELECTRONIQUE de PUISSANCE 2010/11 Le moteur Brushless et le moteur asynchrone

    Cot stator : Si la rpartition des spires le long du stator est telle que sur la longueur du stator droul, on obtienne p priodes d'un cosinus (p paires de ples),

    Donner l'expression de B en fonction de lorsque les enroulements sont parcourus par I constant en fonction de BM, p et .

    Rappeler l'expression du champ B de l'enroulement qui est dcal de 2/3 par rapport l'enroulement prcdent et aliment aussi par I constant.

    Si les 3 enroulements du stator sont aliments par des courants triphass, que faut-il rajouter aux expressions des trois champs ? Dduire l'expression final de Bau point . En dduire S, la vitesse de rotation du champ statorique. Application : A quelle vitesse maximale peut tourner un moteur ttrapolaire ( p=2) ? Cot rotor : Au niveau du rotor, les conducteurs sont rpartis uniformment sur le tour et relis entre eux aux extrmits. A l'arrt, (rotor fixe), le moteur asynchrone est donc semblable un transformateur triphas dont le secondaire serait en court-circuit. Les courants rotoriques sont donc triphass et de mme frquence que les courants statoriques

    On dfinit le glissement s

    sn

    nngs

    s

    == avec n la vitesse de rotation et la vitesse angulaire.

    Lorsque le rotor tourne , exprimer en fonction de S et g. Peut-on avoir =S ? 2.4 Commande du moteur asynchrone Sa commande peut tre trs simple quand on ne souhaite pas contrler sa vitesse ou sa position. Cependant on peut comme pour le moteur brushless matriser sa vitesse et sa position. Et comme pour le brushless, cest en matrisant lorigine temporelle des 3 signaux MLI envoys au stator quon maitrise la position du champ tournant statorique par rapport la position du rotor. On a alors deux types de commande :

    En boucle ferme Ce nest pas son utilisation la plus courante. La commande est alors trs proche du moteur brushless car on mesure aussi la position du rotor pour alimenter les phases du rotor avec une MLI.

    En boucle ouverte Lavantage de cette commande est quil nest pas ncessaire de mesurer la position du rotor. Il faut entrer les paramtres du moteurs crits sur sa plaque signaltique et le variateur de vitesse en dduit un modle mathmatique. A noter que les variateurs de vitesse performants possdent un mode qui permet de faire une mesure exacte des paramtres du moteur. La prcision sur les paramtres du moteur est fondamentale car partir de ceux-ci le variateur dduit un modle mathmatique. La position du rotor est alors estime partir la mesure des courants statoriques et du modle mathmatique du moteur. Bien videmment, les 3 signaux envoys aux enroulements statoriques sont MLI.

    2.5 Brushless ou asynchrone ?

  • MP2 TD N3 ELECTRONIQUE de PUISSANCE 2010/11 Le moteur Brushless et le moteur asynchrone

    Moteur asynchrone Moteur brushless Caractristique vitesse/couple Vitesse et couples sont

    interdpendants(glissement) Rglages indpendants de la vitesse, du couple et de la position

    Surcouple Limit en intensit (1,5 2 Cn) et en dure

    Surcouple beaucoup plus lev (2 8 Cn)

    Surcharge Autorise Au-del dune certaine limite, dcrochage Prcision et dynamique du positionnement

    Moyenne (amliore avec commande contrle vectoriel de flux en boucle ferme)

    Excellente

    Couple larrt Difficult de maintenir un couple stable larrt

    Pas de difficult Capteur pour applications en boucle ferme

    Externe Intgr sur le moteur (servomoteurs) Dimensions Forme standard Toutes formes (cylindrique, saucisson,

    carr, ouvert, etc.) permettant de raliser des machines compactes

    Ventilation Auto-ventil mais ncessit dajouter une ventilation si couple larrt

    Non ncessaire Masse et inertie pour un couple donn (ex. 7 Nm)

    18 kg, 2,1 gm 9,6 kg, 0,7 gm Puissance Jusqu plusieurs centaines de kW Jusqu 30 kW Prix Faible Plus lev, surtout aux puissances

    leves (>1 kW)

  • MP2 TD N4 ELECTRONIQUE de PUISSANCE 2010/11 Moteur asynchrone

    diffrents couplages, montages de base, schma quivalent 1. Couplage a) On veut utiliser un moteur asynchrone triphas 230/400V Sachant quil est constitu de 3 enroulements identiques, indiquer quelle tension maximum peut supporter UN enroulement. Quelle doit tre alors la valeur de la tension entre phase si ses enroulements sont coupls en triangle ? Mme question pour le couplage en toile. 2. Application : cblage du moteur en TP Cblage en direct sur la sortie du transformateur triphas :

    sachant que le transformateur triphas est cbl en toile cot primaire et en triangle au secondaire, quel type de rseau propose-t-on au moteur ? Dduire le type du couplage pour le moteur.

    Cblage en sortie du variateur de vitesse ATV11 : sachant que l'ATV11 dlivre du triphas 230V entre phase, quel type de couplage faut-il adopter

    pour le moteur ? 3. Ralisation du couplage sur une plaque bornes

    Habituellement on ne connat pas lordre des phases. Estimer le nombre de possibilits au total pour cbler le moteur et le nombre de possibilits qui aboutissent au mme sens de rotation. Dduire la probabilit de cbler le moteur de faon ce quil tourne dans le sens souhait et prvoir lopration raliser sil ne tourne pas dans le bon sens. 4. Montage de base 4.1 Dmarrage direct Pour mmoire (TP dlectricit 2), les symboles de base sont les suivants :

    Interrupteur Sectionneur Contacteur Disjoncteur Magntique A maxi de courant Thermique (magntique rglable) I>

  • MP2 TD N4 ELECTRONIQUE de PUISSANCE 2010/11 Moteur asynchrone

    diffrents couplages, montages de base, schma quivalent 4.2 Cblage du GV2 ME03 en coffret LG7 K09 Expliquer quel type de protection assure le disjoncteur-moteur magntothermique GV2 ME03. Nous avons rajout un bouton darrt durgence, o la-t-on insr dans le schma de cblage ci-dessus. Dduire les diffrentes possibilits pour mettre en route et arrter le moteur. 5. Caractristiques C=f() du moteur asynchrone Le moteur asynchrone du point de vue lectrique est quivalent un transformateur avec un entrefer entre primaire (le stator) et le secondaire (le rotor). Cependant il sagit dun transformateur un peu particulier car son rapport de transformation dpend de la vitesse de rotation du moteur. Vu que l'on travaille le plus souvent avec des moteurs cage on n'a pas accs au secondaire et on utilise le schma quivalent lectrique suivant : Placer sur ce schma X, R/g, Xs en prcisant leur nom et ce quils reprsentent.

    Expliquer ce que reprsentent : le schma de gauche le schma de droite Q1, KM1 et F1 Pour mettre en route le moteur on appuie sur le BP I (entre 17 et 18), indiquer pourquoi il continue tourner. Comment arrter le moteur ?

    GV2 ME03

  • MP2 TD N4 ELECTRONIQUE de PUISSANCE 2010/11 Moteur asynchrone

    diffrents couplages, montages de base, schma quivalent Chaque phase du moteur est aliment par V1, appliquer le thorme de Boucherot pour exprimer l'expression de la puissance transmise au rotor. Donner alors lexpression du couple moteur en fonction de et lallure de la courbe C=f(). En dduire lallure de la courbe C=f(n), n tant la vitesse de rotation du moteur et sachant que

    ss

    nnng

    s

    s

    ==

    Vrifier ensuite que la caractristique de couple correspond cette courbe : Exploitation de cette caractristique : Quand on dmarre le moteur en direct, quelle partie de caractristique parcourt-on ? Comment passer d'un flux tournant direct un flux tournant inverse ? En rgime de fonctionnement nominal quelle relation simple lie C et g et la comparer la

    caractristique couple-vitesse du moteur idal. Expliquer comment est modifie la caractristique si on augmente V.

    Tracer deux caractristiques pour 2 valeurs de V pour une vitesse de rotation allant de 0 N. Si on ne regarde que la zone autour du rgime nominal, expliquer comment on peut faire varier la vitesse du moteur. Quel est l'inconvnient de cette variation de vitesse ?

    Expliquer comment est modifie la caractristique si on augmente V en gardant V/f constant . Tracer deux caractristiques pour 2 valeurs de V pour une vitesse de rotation allant de 0 N. Si on ne regarde que la zone autour du rgime nominal, expliquer comment on peut faire varier la vitesse du moteur.

    Quel est lintrt de cette variation de vitesse mais aussi, quelles sont ses limites.

  • MPh2 TD 5

    ELECTRONIQUE DE PUISSANCE

    REDRESSEMENT MONOPHASE

    2010/11

    Le redressement est la conversion d'une tension alternative en une tension continue. On utilise un convertisseur alternatif-continu pour alimenter un rcepteur en continu partir du rseau de distribution alternatif sinusodal.

    Symbole :

    I LA DIODE Rappels sur la diode, interrupteur unidirectionnel non-command :

    Quelle est la condition de mise en conduction dune diode ? Donnez les conditions de blocage dune diode Ses schmas quivalents (diode relle et diode idale)

    Exercice : La tension ve est sinusoidale de priode T.

    Reprsentez 2 priodes de ve et de vs .

    On appelle instant de commutation naturelle, linstant pour lequel la diode entre en conduction.

    II - REDRESSEMENT MONOPHASE NON-COMMANDE

    a. Sur charge rsistive Rappel :

    - quand 2 diodes sont cathodes communes, celle qui a le potentiel anode le plus lev, conduit

    - quand 2 diodes sont anodes communes, celle qui a le potentiel cathode le plus faible, conduit

    Montage PD2

    Les tensions de seuil sont ngligeables par rapport la tension dentre ; V=230V ; R=100

    i, iD1

    Intervalles de conduction

    VD1

    D4 D3

    ve R vs

  • 1. Etude de 0 T/2 , puis de T/2 T : Quelles diodes conduisent ? Surlignez le schma suivant pour faire apparatre la circulation du courant. En dduire lexpression de u(t) et de i(t).

    2. Tracez u(t) et i(t). Expliquez pourquoi les diodes se bloquent. 3. Tracez iD1 et vD1 . 4. Calculez Umoy.

    b. Sur charge inductive

    Quel est leffet de la bobine sur le fonctionnement du pont ? Quest-ce qui impose le blocage des diodes ? Lallure de u(t) sera-t-elle modifie ? Et celle de i(t) ?

    III- LE THYRISTOR Le thyristor est un interrupteur unidirectionnel command la fermeture Amorage du thyristor Pour commander le thyristor la fermeture, il faut Vak>0 et une impulsion du courant de gchette Ig. Le thyristor est alors semblable une diode qui attend lordre de conduire sur sa gchette. Le thyristor reste passant si I > Im, courant de maintient ; cest la valeur minimale de I qui maintient ltat de conduction.

    VAK

    anode cathode

    gachette Ig I

    VD1

    D4 D3

    de 0 T/2 diodes passantes : u(t) =

    de T/2 T diodes passantes : u(t) =

  • Blocage du thyristor Le courant dans le thyristor doit tre < Im et Vak doit tre

  • possible ?

    b. sur charge inductive Cas de la conduction continue. Quelle sera linfluence de la bobine sur le fonctionnement du pont ? Reprendre les questions prcdentes pour obtenir les intervalles de conduction des lments, et lallure de u(t). Reprez les intervalles o la charge est en roue libre.

    PONT MIXTE SUR CHARGE R PONT MIXTE SUR CHARGE RL

    i

    T1 T2

    D3 D4

    u v j

    Intervalles de conduction Intervalles de conduction

  • T1 T2

    T3 T4

    u v j

    MPh2 TD 6

    ELECTRONIQUE DE PUISSANCE

    REDRESSEMENT MONOPHASE COMMANDE

    2010/11

    I. PONT TOUT THYRISTOR SUR CHARGE RESISTIVE V=230V R=100 ; Langle de retard lamorage des thyristors est

    40

    = .

    Impulsion du courant de gchette 0 pour T1 et T4, et 0 + pour T2 et T3. 1. Indiquez sur une priode les intervalles de conduction des

    thyristors : - A quel instant chaque interrupteur est-il mis en conduction ? - Interrogez-vous sur ce qui va bloquer les thyristors. - Pour chaque intervalle, compltez les schmas suivants et exprimez u et i

    2. Tracez u(t) et i(t)

    II. PONT TOUT THYRISTOR SUR CHARGE INDUCTIVE Cas de la conduction continue

    Langle de retard lamorage des thyristors est 4

    0 = .

    1. Quelle sera linfluence de la bobine sur le fonctionnement du pont ? Reprendre les questions prcdentes pour obtenir les intervalles de conduction des lments.

    2. Tracez lallure de u(t). 3. Tracez VT1 et IT1

    4. Tracez u(t) pour 4

    30

    = .

    T1 T2

    T3 T4

    u v j

  • 5. Exprimez Umoy en fonction de 0 ; quelle est la plage de variation de la tension ? Pour quelle valeur de 0 , Umoy est-elle ngative ? Que dire de la charge dans ce cas ? Et de lalimentation ?

    Lorsque la charge est active, elle peut fournir de la puissance au rseau ; le pont fonctionne alors en onduleur assist par le rseau. 6. Lexpression prcdente de Umoy est-elle valable avec une charge rsistive ?

    III. ASSOCIATION DE DEUX PONTS Exemple de la machine courant continu fonctionnant dans les 4 quadrants. Une machine courant continu est alimente par deux ponts tte bche.

    1. Rappeler le schma quivalent de la machine courant continu. Cette machine est-elle rversible ? Indiquez les signes de um et de im si la machine fonctionne en moteur, puis en gnratrice.

    2. Indiquez dans chaque quadrant ci-dessous

    si la machine fonctionne en gnratrice ou en moteur le sens de rotation de la machine quel pont fonctionne sil se comporte en redresseur ou en onduleur

    um moyen

    im

    i1 i2

    um

    P1 P2 im u1 u2

  • Tracs des courbes Charge R et

    40

    = Charge RL et 4

    0 =

    Charge RL et 4

    30

    =

    Intervalles de conduction

    Intervalles de conduction

    Intervalles de conduction

    iT1 (A)

    vT1 (V)

    u(V)

  • MPh2 TD 7

    ELECTRONIQUE DE PUISSANCE

    REDRESSEMENT TRIPHASE

    2010/11

    Lalimentation des ponts redresseurs triphass seffectue partir dun systme triphas de tensions not v1, v2 ,v3 (le rseau par exemple). Comment sobtient la valeur efficace des tensions composes ?

    I- Pont P3 A- P3 non-command:

    Montage cathodes communes:

    tVv sin21=

    )32sin(22 = tVv

    )34sin(23 = tVv

    Le pont est aliment par un gnrateur triphas dlivrant les tensions v1, v2 et v3.

    1. Sur charge R a. Quelle est la condition sur les tensions pour que D1 conduise ? b. Tracez lallure de la tension uc . Donnez lexpression de i(t). c. Calculez la valeur moyenne de uc.

    2. Sur charge RL

    La charge a une constante de temps L/R trs grande devant la priode des tensions, on peut donc considrer que le courant dans la charge est liss. Mmes questions que prcdemment.

    B- Pont P3 command :

    T1 v1 T2 ic v2 R T3 uc v3 L

    Les trois thyristors sont commands avec un angle de retard lamorage 0 = 3 .

    Langle de retard lamorage 0 est langle qui spare la mise en conduction de D1 (montage prcdent) et celle de T1 ; donc T1 est amorc ..

    T2 est amorc avec un retard de 3

    2par rapport T1, et T3 est amorc avec un retard de

    3

    2par rapport T2.

    v3

    v2

    v1

    D1

    D2

    D3 uc

  • 1. Sur charge R Allure des courbes de tension :

    a- Indiquez les intervalles de conduction des thyristors. b- En dduire lexpression de uc sur chaque intervalle puis lallure de uc (attention la

    valeur du courant !)

    2. Sur charge RL Le courant ic est liss; on admettra pour les calculs quil est continu, et on le notera Ic.

    a. Indiquez les intervalles de conduction des thyristors. b. En dduire lallure de uc . c. Exprimez la valeur moyenne de uc en fonction de 0.

    III- Ponts doubles PD3 :

    A- PD3 non command : A ic D1 D2 D3- R v1 L uc v2 D1 D2 D3 On considre le courant ic continu.

    1. Indiquez, en dessous des chronogrammes : - les intervalles de conduction de D1,D2 et D3 - en dduire lexpression de vAN sur chaque intervalle - les intervalles de conduction des diodes D1,D2 et D3 - en dduire lexpression de vBN sur chaque intervalle

    2. Dduire des rsultats prcdents la valeur de uc= vAN - vBN sur une priode; tracez uc. 3. Donnez lexpression de Ucmoyen .

    B- PD3 command : Langle de retard lamorage0 est compris entre 0

    v3 B

    vA

    vBN

    v1 v2 v3

    T1 T2 T3

    T1 T2 T3

    uc

    Ic

  • et , on prendra3

    0 = pour les tracs. On considre le courant Ic continu.

    1- Tracez la tension uc. en procdant de la mme manire que prcdemment. 2- Exprimez Ucmoy en fonction de 0 . En dduire son signe en fonction de0 . 3- Si la charge est un moteur courant continu, donnez le sens du transfert dnergie pour les

    diffrentes valeurs de 0 . 4- Pour

    32

    0 = : tracez uc et calculez Ucmoy..

  • P3 non command sur charge R P3 non command sur charge RL

    v1 v2 v3

    u12 u32 u13 u23 u21 u31 u32 u12 u13

    v1 v2 v3

    u12 u32 u13 u23 u21 u31 u32 u12 u13

  • P3 command sur charge R P3 command sur charge RL

    v1 v2 v3

    u12 u32 u13 u23 u21 u31 u32 u12 u13

    v1 v2 v3

    u12 u32 u13 u23 u21 u31 u32 u12 u13

  • PD3 non-command PD3 command avec 3

    0 =

    v1 v2 v3

    u12 u32 u13 u23 u21 u31 u32 u12 u13

    v1 v2 v3

    u12 u32 u13 u23 u21 u31 u32 u12 u13

  • PD3 command avec 3

    20

    =

    v1 v2 v3

    u12 u32 u13 u23 u21 u31 u32 u12 u13

    v1 v2 v3

    u12 u32 u13 u23 u21 u31 u32 u12 u13

  • MPh2 TD 8

    ELECTRONIQUE DE PUISSANCE

    CONVERTISSEUR CONTINU - CONTINU

    2010/11

    Le hacheur est un convertisseur continu- continu ; il permet de transfrer de lnergie entre deux sources. Symbole : Nous tudierons notamment le transfert dnergie dune source de tension constante vers une charge courant constant et son application la variation de vitesse du moteur courant continu ; puis nous aborderons la rversibilit du convertisseur.

    I. Hacheur abaisseur ou hacheur srie U est une source de tension constante ; la charge est inductive (RL) et on suppose linductance de bobine suffisamment leve pour que ich ne sannule jamais (conduction continue). H est un interrupteur command: un transistor ou un thyristor avec circuit dextinction. D est une diode de roue libre : elle assure la circulation du courant lorsque H est ouvert. On considre ces interrupteurs parfaits.

    1. Fonctionnement : a. Rappeler les caractristiques dun interrupteur parfait b. Linterrupteur H est command avec un rapport cyclique . H est ferm de 0

    T et ouvert de T T. c. Complter les schmas suivants pour chaque intervalle, en indiquant la

    circulation du courant.

    d. Indiquez sur une priode la conduction des interrupteurs Tracer u1 sur une priode Calculer sa valeur moyenne en fonction de U On considre uch constant, donnez lallure de ich de 0 T et de T T. Ecrire la loi des mailles pour exprimer uch en fonction de u1 ; en dduire sa

    valeur moyenne en fonction de U1moy.

    iD

    ich iH H

    D uch

    L

    R U C u1

    De 0 T de T T

    ich

    uch

    L

    R U C u1

    ich

    uch

    L

    R U C u1

  • 2. Moteur aliment par le hacheur La charge du hacheur est maintenant un moteur courant continu en srie avec une bobine de lissage.

    a. Reprsentez le schma lectrique quivalent de la charge. b. uch est-elle modifie ? c. Exprimez uchmoy ct charge ; entre quelles valeurs uchmoy peut-elle varier ?

    Expliquez comment seffectue la variation de vitesse du moteur.

    II. Hacheur rversible en courant rappel : fonctionnement du moteur dans les 4 quadrants Structure du hacheur rversible en courant : On fait lhypothse que les diodes et les thyristors sont parfaits. H1 et H2 sont commands alternativement : H1 est command la fermeture de 0 T ;

    H2 est command la fermeture de T T La charge est une machine courant continu dont on nglige la rsistance interne.

    1. cas n 1 : le courant ic est positif

    a. Pour chaque intervalle, indiquer quels interrupteurs conduisent et compltez les schmas en faisant apparatre la circulation du courant :

    b. Tracez uc(t) sur une priode. Exprimez Ucmoy . c. Dduire du signe de Ucmoy le fonctionnement de la machine et le sens de

    transfert de lnergie.

    2. cas n 2 : le courant ic est ngatif

    D2 ic

    H1

    D1 uc

    L

    E

    U

    H2

    ic

    uc

    L

    E

    U ic

    uc

    L

    E

    U

  • a. Pour chaque intervalle, indiquer quels interrupteurs conduisent et compltez les schmas en faisant apparatre la circulation du courant :

    b. Dduire du signe de Ucmoy le fonctionnement de la machine . c. Donnez le sens de transfert de lnergie, conclure sur la nature de la source U.

    III. Hacheur 4 quadrants (ou en H) Cest la structure de hacheur la plus complte ; elle sutilise avec une source de tension (U) rversible en courant et une charge galement rversible ( de type machine CC). Commande des interrupteurs sur une priode de fonctionnement T:

    H1 et H3 sont commands la fermeture de 0 T H2 et H4 sont commands la fermeture de T T

    Quand ic >0, quels interrupteurs sont susceptibles de conduire ? Et quand ic < 0 ? Pour chacun des 4 cas ci-dessous, ic(t) volue entre Im et IM ; la conduction est ininterrompue.

    Pour chacun des 4 cas suivants :

    1. Indiquez les lments du convertisseur en conduction 2. Reprsentez uc et ic sur une priode 3. Calculer la valeur moyenne de uc. 4. Quel est le rgime de fonctionnement de la machine ?

    .

    H3

    D1 H2

    ic

    H1

    uc

    E U

    D3 H4 D4

    D2

    ic

    uc

    L

    E

    U ic

    uc

    L

    E

    U

  • t

    t

    uc

    T T t

    IM Im

    ic

    uc

    T T

    IM Im

    ic

    uc

    T T t

    IM Im

    ic

    uc

    T T

    IM Im

    ic

    Cas 1 Cas 3

    Cas 2 Cas 4

    i

    u

    E U

    i

    u

    E U

    i

    u

    E U

    i

    u

    E U