polycopie de td lge604-2012-bf

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DELA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIEHOUARI BOUMEDIENE

FACULTE DELECTRONIQUE ET INFORMATIQUE

DEPARTEMENT ELECTROTECHNIQUE

Prsent par : Dr. F.Bouchafaa

Anne universitaire 2011/2012

Universit des Sciences et de Technologie Houari BoumedieneFacult dElectronique et dInformatique

TD N013 me Anne ELT/LGE

ELECTRONIQUE DE PUISSANCERAPPEL MATHEMATIQUES

Dr. F.Bouchafaa 2011/2012 MEL502 / LGE6041

Exercice 1

Calculer la valeur moyenne et la valeur efficace des tensions montres sur la figure suivante:

Exercice 2

On se propose de calculer les valeurs moyennes et efficaces des grandeurs priodiques suivantes, de priode T.Il est demand pour chacune des grandeurs: de prciser les valeurs des grandeurs caractristiques telles que , , U0, U1, Imax et Imin; d'tablir les expressions, puis calculer les valeurs moyennes ou des grandeurs; tablir les expressions de la valeur efficace U des tensions reprsentes ci-dessous en fonction de et, puis

calculer leur valeur.

Exercice 3

Un circuit RL de rsistance 2ohms et d'inductance L=0,1H est aliment sous une tension alternative de 220V,50Hz. Dterminer l'quation diffrentielle rgissant le circuit et la rsoudre.



ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT DIODES


Exercice 1

Soit les montages redressement simple alternance comme lindique les figures suivantes:

Dans les trois cas:1- Tracer les formes dondes des tensions Uc et VD et celles des courants i2 et ic.2- Calculer langle de conduction de la diode D.3- Calculer les valeurs moyennes , < Ic>.et la valeur efficace Uceff.4- Dterminer le facteur de forme et facteur dondulation de la tension redresse Uc.5- Dterminer lefficacit du redresseur et le facteur dutilisation du transformateur Tr.6- Reprsenter la forme donde de la puissance instantane dans la charge R et calculer sa valeur moyenne.

Exercice 2

On se propose d'tudier un chargeur de batterie comme lindique le montage suivant:1- Tracer les formes dondes des tensions Uc et VD et cellesdes courants i et ic.2- Calculer langle de conduction de la diode D.3- Dterminer la valeur de la rsistance R pour que le courantmoyen soit 5A.4- Dterminer le temps de charge de la batterie vide.

Exercice 3

On considre le montage suivant :Les diodes sont considres comme parfaites. En charge, la tension aux bornes du secondaire du transformateurest de 77,8V. L'inductance de l'inducteur est suffisamment grande pour que l'on puisse admettre que lintensitdu courant est constante et gale 7A.

Uc

icD

R=15W

Charge

VD

i2

240V50Hz

V2

Tr

V1

i1

L=100mHDr

iDr

Uc

icD

i2

R=15W

Charge

240V50Hz VD

V2

Tr

V1

i1

VD

EUc

ic

Ve(t)

Di

R120V50Hz 12V

500Wh

Uc

icD

R=15W

Charge

VD

i2

240V50Hz

V2

Tr

V1

i1

L=100mHq0=257





1- Calculer la valeur maximale de la tension V2(t) et tracer l'allure de Uexc en fonction du temps.2- Calculer la valeur moyenne de la tension Uexc note Uexc. Quels sont les appareils que l'on peut utiliser?3- Tracer l'allure du courant iD1 en fonction du temps.4- Donner la valeur moyenne de l'intensit du courant iD1 note iD1 et la valeur efficace note ID1eff.

Exercice 4

L'tude du pont de diodes (pont de Gratz) alimentant diffrentes charges a conduit aux oscillogrammes ci-dessous. U est une tension sinusodale d'amplitude Umax et de priode T.Pour simplifier la rsolution de cet exercice, on suppose les diodes parfaites. La batterie prsente une rsistanceinterne ngligeable, et sa fem E reste constante quelque soit le courant de charge.1. Charge RE (oscillogramme 1)La charge est forme par l'association en srie d'une batterie d'accumulateurs de fem E, monts en rcepteur, etd'une rsistance de valeur R =33.1.1- Tracer sur l'oscillogramme 1, la tension U. Relever les valeurs de T (priode de U), E et Umax.1.2- Faire apparatre pour l'alternance positive de U, les instants t1 et t2 entre lesquels le pont alimente lacharge. Relever les valeurs de t1 et t2.1.3- En tenant compte des instants de conductions des diodes, tracer sur l'oscillogramme 1, la tension R.i.1.4- Dterminer la valeur maximale Imax du courant dans la charge.1.5- Calculer la valeur de t1. Comparer la valeur trouve celle releve sur loscillogramme.2. Charge RL (oscillogramme 2)La charge est forme par l'association en srie d'une bobine d'inductance L et de rsistance interne r, et d'unersistance R =33. Le courant dans la charge est not i.2.1- Relever la valeur moyenne R. et l'ondulation R.Iond de la tension R.i . En dduire les valeurs de et

Iond (Iond est lamplitude de la composante alternative du courant i). ))R.I-(R.I21=R.I( minmaxond

2.2- Rappeler l'expression de la valeur moyenne de Uc en fonction de Umax. Calculer 2.3- Etablir l'expression de en fonction de i et des paramtres de la charge. En dduire une mthode dedtermination de la valeur de r. Montrer que r a une valeur proche de 15.2.4- On peut valuer la valeur de L en utilisant l'hypothse suivante : Uc peut tre considr comme la sommed'une tension constante gale et d'une tension sinusodale Uf d'amplitude Ufmax, de priode Tf =T/2, de

pulsation f =2.:3.

4.UUavecUUU maxfmaxfcc Calculer les valeurs de Ufmax et f.

V2

UD1

iD1

D1 D2

D4 D3 L,r

Uexc

iexc

MCC E

T

V1i2i1

UM=400V





2.4.1-Donner l'expression de l'impdance Z de la charge en fonction de L, R et . (Z = Ufmax/Ifmax)2.4.2- En assimilant Ifmax Iond, calculer la valeur de Z. En dduire celle de L.3. Charge RLE (oscillogramme 3)La charge est forme par l'association en srie de la charge RL prcdente et de la batterie d'accumulateurs dela charge du n1. Le courant dans la charge est not i'3.1- Relever la valeur moyenne R.



ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT THYRISTORS


Exercice 1

A- Soit les montages redressement simple alternance thyristor comme lindique les figures suivantes:

.

Pour un angle damorage du thyristor 0= 60, pour les trois cas:1- Tracer les formes dondes des tensions Uc et VTh et celles des courants i2 et ic.2- Calculer langle de conduction du thyristor Th.3- Calculer les valeurs moyennes et , ainsi que la valeur efficace Uceff.4- Reprsenter la forme donde de la puissance instantane dans la charge R et calculer sa valeur moyenne.

Exercice 2

tude exprimentale du redressement command double alternance l'aide d'un transformateur point milieu avec charge rsistive.Comment procderiez vous pour visualiser la tension Uc aux bornesde la charge?Reprsenter sur le schma le branchement de l'appareil utilis.Les thyristors sont commands par un dclencheur qui fournitdes impulsions priodiques de priode T/2(T tant la priode), avec un retard t0= T/8 par rapport lacommutation naturelle.Reprsenter la tension Uc(t) et donner l'allure de l'intensit ic(t).On dsire mesurer la valeur moyenne, note Uc, de la tension Uc(t). Quel appareil utiliseriez-vous? (type del'appareil, fonction utilise ... ). Mme question pour la valeur efficace, note Uceff, de la tension Uc(t).

Uc

ici2

R=15W

Charge

240V50Hz

VThV2

Tr

V1

i1

Th

i2

Uc

ic

R=15W

Charge

240V50Hz

V2

Tr

V1

i1

L=100mHDr

iDr

VTh

Th

Uc ic

i2

V1

Tr

V

i

VTh1

Th1

VTh2

Th2

R

V2

i1

Uc

ic

R=15W

Charge

i2

240V50Hz

V2

Tr

V1

i1

L=100mH

VT h

Th

qext=250





Exercice 3

Afin dquiper un monte-charge, le moteur courant continu (MCC) est associ un pont tout thyristorscomme lindique la figure ci-dessous.

Ve

0

q

q

iTh1

Le moteur possde une rsistance interne R=0,8. Sa f.e.m E sexprime en fonction de la frquence de rotationn, par la relation: E=5,8.n. Avec E en V et n en tr/sLe pont monophas quatre thyristors, est aliment par la tension dun rseau de la forme :

Ve(t) = 230.2.cos avec =100..tEn srie avec linduit du moteur, une bobine dinductance suffisamment grande, permet dobtenir un courantdintensit pratiquement constante, et gale 30A.Les relevs des graphes de la tension Ve(t) et du courant dans le thyristor Th1 sont reprsents sur la figuresuivante. Les thyristors Th1 et Th3 sont ferms et ouverts simultanment.

1- Donner la valeur de langle en observant les graphes et dduire linstant to correspondant cet angle.2- Reprsenter les graphes de la tension, Uc aux bornes de la charge, de lintensit du courant dans le thyristorTh2 et de lintensit i du courant dans un fil de ligne.3- Calculer la valeur moyenne de lintensit du courant dans un thyristor.4- Calculer la valeur efficace de lintensit du courant dans un fil de ligne.5- Complter les branchements ncessaires la visualisation de la tension aux bornes de la charge Uc ainsi quele courant dans le thyristor Th1, loscilloscope utilis possde deux voies, seule la voie Y peut tre inverse.6- Complter les branchements afin de visualiser la tension Ve et lintensit du courant dans le thyristor Th2.7- Calculer la valeur moyenne de la tension Uc pour 45.8- Exprimer la tension instantane Uc en fonction de E, R, L et ic.9- Exprimer la tension moyenne Uc en fonction de E, R et Ic.10- Calculer la f.e.m E et la frquence de rotation du moteur.11- Quelle doit tre la valeur de langle de retard pour que la frquence de rotation du moteur soit gale 1000tr/min?

E

L

Uc(t)

ic

Ve(t)Secteur

SONELGAZ

Th1 Th2

Th4Th3

i

UTh1

iTh1

R

MCC

UL

UM





Exercice 4

Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schma est donn:

Les thyristors sont supposs parfaits. La commande des gchettes n'est pas reprsente. Une sonde de courantde sensibilit 100mV/A est utilise pour visualiser l'oscilloscope le courant dans la charge. Simultanment, onvisualise la tension Uc aux bornes de la charge. L'oscillogramme obtenu est reprsent:La charge du pont redresseur est constitue de l'induit d'un moteur courant continu aimants permanents etd'une bobine de lissage considre comme parfaite.La force lectromotrice E du moteur est proportionnelle la vitesse de rotation E = 18.10-3n (E en V et n entr/min). La rsistance de l'induit du moteur est R=0,2. Le moteur entrane une charge lui imposant un courantd'intensit suppose constante.1- Dterminer l'intensit du courant dans la charge Ic ainsi que l'angle de d'amorage des thyristors. 02- Reprsenter les chronogrammes de iTh1, iTh4 et i2 sur une priode3- Reprsenter les intervalles de conduction des quatre thyristors sur une priode.4- Exprimer la tension Uc aux bornes de la charge en fonction de E, R et UL (tension aux bornes de la bobine).Dterminer la tension moyenne aux bornes de la charge.5- La courbe =f (0) est fourni, dterminer pour le retard l'amorage de la question 1. Endduire la vitesse de rotation n du moteur.

Exercice 5

Une installation de levage est entrane par un moteur courant continu dont la variation de vitesse est assurepar un pont monophas thyristors.

E

L

Uc(t)

ic

Th1 Th2

Th4Th3

UTh1

iTh1

R

MCC

UL

UM

i2V2

Tr

V1

i1

Calibre 10V/ div

Calibre 0.5 V/ div

t0

base de temps : 2 ms/ div

0

[V]

a

10 20 30 40 50 60 70 80 90

5

10

20

15

25





A- Le pont est aliment par le rseau de valeur efficace Veff=400V et de frquence 50Hz. Les thyristors sontconsidrs comme parfaits : Th1 et Th3 d'une part, Th2 et Th4 d'autre part, sont commands de manirecomplmentaire avec un retard l'amorage not . On admet que le courant IC fourni par le pont thyristorsest parfaitement liss grce l'inductance L (Ic =40A =constant).1- Pour = /3, reprsenter: La tension Uc la sortie du pont en indiquant les thyristors passants et le courant i fourni par le rseau.2- Montrer que, pour une valeur quelconque de la tension moyenne la sortie du pont a pour expression:

cos

2V2U C

Quel type de fonctionnement obtient-on pour >/2 si on parvient, en modifiant le dispositif, maintenirconstant le courant IC?2-1- Calculer:la tension ;la puissance P absorbe par le moteur et la valeur efficace du courant i2. la puissance apparente S de l'installation et le facteur de puissance de l'installation.B- Afin d'amliorer le facteur de puissance de l'installation, on place la sortie du pont prcdent une diode deroue libre DRL.1- Pour un angle de retard l'amorage = /2:Reprsenter la tension UC la sortie du pont, en indiquant les composants passants et le courant i2.2- Montrer que, pour une valeur quelconque de la tension moyenne la sortie du pont a pour expression:

cos1

2VU C

Calculer la valeur de l'angle de retard l'amorage donnant = 180V.3- Montrer que pour une valeur quelconque de la valeur efficace du courant Ieff a pour expression :

I CeffI

4- Pour IC =50A et =180V.5- Calculer la puissance P absorbe par le moteur ; la valeur efficace du courant i2 dbit par le rseau; la puissance apparente S mise en jeu par le rseau et le facteur de puissance de l'installation.6- Ce pont est-il rversible (susceptible de fonctionner en onduleur)? Justifier votre rponse.

E

L

Uc(t)

ic

V2(t)

Th1 Th2

Th4Th3

i2

UTh1

iTh1

MCC

UL

UM

DRL

E

L

Uc(t)

ic

V2(t)

Th1 Th2

Th4Th3

i2

UTh1

iTh1

MCC

UL

UM



ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT MIXTE


Exercice 1

Le pont mixte dont le schma est donn ci-dessous alimente linduit dun MCC excitation indpendante. Lesthyristors sont amorcs simultanment toutes les demi priodes. La tension dalimentation a pour expression:Ve(t) =247 2 .sin(314t). Lallure de la tension Uc(t) est la suivante:

1- Quel est le retard lamorage t0 (en s). En dduire la valeur de langle damorage o (en rad).2- Quel type de voltmtre peut-on utiliser pour mesurer la valeur efficace Uceff de la tension Uc(t)? Commentdoit-on positionner le commutateur?3- Calculer la valeur moyenne aux bornes de la charge.4- Indiquer ltat de conduction de Th1, Th2, D1, D2 sur une priode de la tension Ve(t).5- Quel est le rle de la bobine dinductance L? En supposant que la bobine remplit son rle parfaitement et quela valeur moyenne du courant dans la charge vaut 30A, reprsenter lallure de ic(t).

Exercice 2

Les caractristiques nominales de moteur excitation indpendante flux constant sont:Tension aux bornes de linduit: U = 100V, lintensit du courant circulant dans linduit: I = 8,0A, Rsistanceprsente par linduit: R = 1,25, et la frquence de rotation:n = 1500 tr/min.Lalimentation de linduit est ralise partir du rseau SONELGAZ 230V-50Hz par lintermdiaire dun pontmixte (figure prcdente) fonctionnant en conduction ininterrompue.1- Dessiner, le branchement de loscilloscope permettant de visualiser la tension Uc(t).2- Tracer lallure de la tension de sortie du pont Uc(t) pour un angle damorage des thyristors o = 90.3- Dans le cas o o = 90, calculer la valeur moyenne de Uc(t).4- Pour la commande dune machine outil, pourquoi est-il prfrable dalimenter le moteur par un pont mixteplutt que par un pont de diodes?

Exercice 3

Au secondaire du transformateur est branch un pont mixte qui alimente un MCC. La tension d'alimentation dupont est sinusodale V2(t)=Vmax.sint. Linductance est suppose lisser parfaitement le courant ic(t).1- On relve les oscillogrammes de la tension redresse Uc(t) et de la tension aux bornes d'une faible rsistancer permettant la visualisation du courant ic(t). Indiquer quel point (parmi les points A, B, C et D de la figure estconnect chacune des trois entres Y1 (Voie 1), Y2 (Voie 2) et M (Masse) de l'oscillographe.2- partir de loscillogramme de Uc(t), dterminer la priode T, l'amplitude V2max et l'angle d'amorage ,

10

Uc(t)[V]

100

200

300

400

0t(ms)

202

SecteurSONELGAZ

L

Uc(t)

ic

MCC

Ve(t)

D1 D2

Th1 Th2

Commande

Va G1K1G2K2

G1 G2K2K1



ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT MIXTE


3- Calculer l'intensit moyenne de ic(t) sachant que r =0,10 .4- Calculer la valeur moyenne pour = .5- Quel est l'intrt, pour le moteur, de pouvoir faire varier l'angle de retard ?6- La rsistance R de l'induit du moteur est gale 2. A la frquence de rotation 2400tr/min, la f..m. dumoteur est gale 20V. En admettant que la tension aux bornes de l'induit du moteur est gale , calculerla valeur de la f.e.m. ainsi que la frquence de rotation du moteur pour = .

Exercice 4

On considre maintenant le montage ci-dessus. On pose: sinV.t)sin(VV 2maxmax22 Les diodes et les thyristors sont parfaits. La charge du pont est constitue du moteur prcdent en srie avec uneinductance pure L de valeur suffisante pour que le courant ic soit pratiquement constant.Les impulsions sur les gchettes des thyristors sont priodiques et synchronises sur le rseau, de faon quelangle de retard par rapport la tension V2 soit gal rad.1- Indiquer dans chaque phase de fonctionnement, les composants passants, et la tension Uc.2- Reprsenter la courbe de la tension Uc pour 0


TD N053 me Anne

ELT/LGE

ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT TRIPHASE E


Exercice 1

Soit le montage redressement simple alternance de la figure 1. On considre le courant et la tension en amont dunredresseur triphas reprsents ci-dessous.

1- Donner de manire synchrone les formes dondes des trois courants amont ia, ib et ic.2- Indiquez les squences de conduction des diffrents composants et reprsenter le courant Ic.3- Calculer les valeurs efficaces de la tension et du courant aux bornes de la charge.4- Calculer la puissance apparente absorbe par le redresseur triphas.5- Calculer la puissance moyenne et le facteur de puissance.

Exercice 2

On se propose d'tudier deux montages redresseurs utilisant des thyristors. On supposera ces thyristors parfaits.Ce montage est aliment par un systme de tensions triphases quilibres sinusodales de valeur efficace entrephase et neutre Veff=220V, de frquence 50Hz.Les thyristors sont commands par des impulsions spares par un tiers de priode T du systme de tensions,soit: le th1 command t0, le th2 t0 + T/3, le th3 t0 + 2T/3On introduira l'angle de retard l'amorage par rapport la conduction naturelle par diodes.Les graphes seront effectus avec les chelles suivantes: cm4V2220 cm1A1 cm12s0,02T A- Le diple charge est purement rsistant de valeur R=200La premire impulsion arrive sur le thyristor Th1 t0 = T/4 soit =/3.1- Reprsenter graphiquement en fonction du temps la tension UC aux bornes de la charge en rgime tabli.

2- Calculer la valeur moyenne de la tension UC(t) puis la valeur moyenne de la puissanceconsomme dans la charge.

3- Dduire de l'expression de PC la valeur efficace commune ieff de iR, iS et iT et calculer le facteur depuissance

iV effeffc

p 3Pf

du montage.

D1iR

UD1

D2

D3

iD1

V1

V2

V3N

AA

B

R

S

T Uc

iC

Figure 1 0

ia(t)[A]

10 15

10

20

-10

-20

3020 255

t(ms)

0

Va(t)[V]

5 10 15 20 25

200

400

600

-200

-400

-600

30t(ms)


TD N053 me Anne

ELT/LGE

ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT TRIPHASE E


B- Le diple charge impose ic constant et gal 2A.La conduction est alors ininterrompue, un thyristor sebloquant quand l'autre s'amorce. Le retard l'amorageest avec 0 2/3.1- Reprsenter pour = /3 la tension Uc et le courant iR2- Calculer la valeur moyenne de UC(t)

et montrer qu'elle s'crit : cos2

6V3cU'

3- Calculer la valeur efficace commune I de iR, iS et iT.4- Calculer la puissance moyenne mise en jeu dans la charge et conclure en tudiant le signe de cettepuissance en fonction de , sur le fonctionnement gnrateur ou rcepteur du diple charge .5- Calculer le facteur de puissance

i'V effeffc

p 3P'

f'

et donner sa valeur maximale.

Exercice 3

A- Un pont redresseur diodes PD3 comporte six diodes supposes parfaites. Il est aliment par un systme detensions triphas quilibr de frquence 50Hz.Le pont PD3 est connect en A et B un rcepteur dont linductance est suppose suffisamment leve pourque le courant c dans le rcepteur puisse tre considr comme parfaitement constant.1- Reprsenter graphiquement la forme de la tension redresse Uc aux bornes du rcepteur. Dessiner galementla forme du courant iD1 dans la diode D1 et du courant iR dans le fil de ligne R.2- Montrer que la valeur moyenne de UC s'exprime par la relation: =2,34.Veff avec (Veff valeurefficace des tensions simples). Calculer pour Veff =150V, la valeur efficace du courant iD1eff dans unediode et la valeur efficace du courant en ligne iReff sachant que c = 340A.B- On remplace le PD3 par un pont redresseur thyristors PT3. Ainsi les grandeurs deviennent V' , f' .et cL'angle de retard l'amorage des thyristors est compt partir de la commutation naturelle.3- Reprsenter graphiquement la tension Uc entre les points A' et B' lorsque = 150.Dessiner galement la forme du courant ith1 dans le thyristor Th1 et du courant iR dans le fil de ligne R'.4- Montrer que la valeur moyenne de UC s'exprime par la relation: =2,34.V'eff.cos .5- Calculer pour Veff=140V et =150. Prciser le type de fonctionnement du pont PT3.

Th1iRUTh1

Th2

Th3

iTh1

V1

V2

V3N

AA

B

R

S

T Uc

iCiS

iT

D1

D4

iR

UD1

D2

D5

D3

D6

iD1

V1

V2V3

N

AA

B

R

S

T

UciR'

UTh1iTh'1

V'1

V'2V'3

N'

A'A

B'

R'

S'

T'

U'c

Th'1

Th'4

Th'2 Th'3

Th'5 Th'6


TD N063 me AnneELT/LGE

ELECTRONIQUE DE PUISSANCEGRADATEUR


Exercice 1

Pour raliser une commande en puissance rglable dans la rsistance chauffante Rf du four, on utilise ungradateur monophas. La tension dalimentation du montage est Ve(t)=Veff 2 sint de valeur efficace 220V,de priode T=20ms. La premire impulsion de gchette a lieu linstant t0 pour Th1 et linstant (t0+T/2) pourTh2. Langle de retard lamorage =t0 est command par la tension continue UC applique au circuit decommande.On considre que langle varie linairement des 0 radiants lorsque UC varie de 10V 0.

1- Etablir lexpression de en fonction de UC.2- On considre que UC=2,5V, dterminer puis t0.3- Reprsenter en concordance des temps les tensions Ve(t), URf(t) et UTh(t).4- Quelle est la tension inverse supporte par le thyristor Th1?On considre que UC=10V, donner lexpression de la puissancefournie la rsistance chauffante Rf. On donne Rf=20.Pour =t0 quelconque (0



ELECTRONIQUE DE PUISSANCEGRADATEUR


Exercice 4

On donne figure 1 le schma d'un gradateur monophas dbitantsur une charge rsistive pure. Les thyristors sont amorcs avec unretard angulaire 0 = t0 = /2 par rapport aux passages zro dela tension Ve(t). On donne Veff =220V et R=10.1- Donner en les justifiant, les intervalles de conduction des deuxthyristors et le chronogramme de l'intensit ic(t) du courant dans la rsistance R.

2- Pour la valeur particulire 0=/2, exprimer simplement la puissance active moyenne fournie par lerseau en fonction de Veff et R.3- En dduire les valeurs efficaces Iceff et UCeff .

Exercice 5

A.1- CHARGE RESISTIVE:On considre le montage reprsent figure 1 o U est une tension sinusodale Ve(t) de valeur efficace: Veff=380V et de frquence f =50Hz. On pose: Ve()=Veff 2 sin avec = t.Le gradateur G est form de deux thyristors que lon suppose parfaits. La charge est constitue par une

rsistance R=10. On amorce le thyristor Th1 t == 3 et le thyristor Th2 t =+

1- Reprsenter les tensions Uc et UTh dans l'intervalle [0,2].2- Que vaut la valeur moyenne de la tension Uc?3- Exprimer la valeur efficace Uceff en fonction de et Veff4- Calculer la puissance dissipe dans R pour =/3.

A.2- CHARGE INDUCTIVELa charge est maintenant inductive (figure 2). Avec R =10;L =55,1mH. On amorce le thyristor Th1 lorsque t =.5- Etablir l'quation diffrentielle vrifie par ic quand Th1 est amorc.6- On rappelle que la solution de cette quation diffrentielle est la somme d'un terme exponentiel 1.e-t/, et d'unterme sinusodal )sin(2

ZV

t o222 LRZ est l'impdance de la charge la pulsation et

est dfini parRL tan . Donner l'expression de .

7- En utilisant la condition ic=0 au moment o on amorce Th1, exprimer c1 en fonction de V, Z, , , et .8- En dduire l'expression de ic en fonction du temps.9- Pour la rsolution de cette question, on prendra =/3 rad.10- Montrer que ic se rduit au terme sinusodal dont on calculera la valeur efficace.11- Reprsenter la tension Uc et le courant ic dans l'intervalle [, +].12- On amorce Th2 lorsque t=+. Montrer que l'on peut dduire des rsultats prcdents les expressions dela tension Uc et du courant ic dans l'intervalle [+, 2+]. Reprsenter alors la tension Uc et le courant ic danscet intervalle.13- Que vaut la tension UTh?

Th1

Th2 Uc

ic

Ve(t)

i UTh

Figure 2

G

L

R

Th1

Th2 Uc

ic

Ve(t)

i

R

UTh

Figure 1

G



ELECTRONIQUE DE PUISSANCEHACHEUR


Exercice 1

L'induit du moteur est aliment par une tension continueU0=275V,par l'intermdiaire d'un hacheur, selon le schma ci-contre.1-Quel composant lectronique peut- on utiliser pour raliserl'interrupteur H?2- Quel est le rle de l'inductance L?3- Le moteur fonctionne en rgime de conduction continue:que signifie l'expression "conduction continue ou ininterrompue"?4- A l'aide d'un oscilloscope bi courbe, on relve les variations de la tension U et celles du courant i en fonctiondu temps t:

4.1- Dessiner le schma de branchement de l'oscilloscope permettant de visualiser simultanment Uc et ic.4.2- Dterminer la valeur du rapport cyclique .4.3- Calculer la valeur moyenne et quel type de voltmtre doit -on utiliser pour la mesurer .5- Le moteur entrane une charge qui lui oppose un couple rsistant de moment constant. Qu'observe t-on,pour le moteur, lorsqu'on fait varier le rapport cyclique ?

Exercice 2

On donne le schma de principe d'un convertisseur lectroniquepour l'induit d'un moteur courant continu:La tension V est suppose parfaitement continue U0 = 24V.L symbolise une bobine de rsistance nulle. Le courant IMest suppos continu, d'intensit IM = 50A, constante.L'interrupteur H est command priodiquement1- Calculer la frquence de fonctionnement du hacheur.2- Rappeler la dfinition du rapport cyclique et calculer sa valeur.3- Donner le schma de branchement d'un oscilloscope permettant de visualiser les variations de UM et IM enfonction du temps. Tracer l'allure de UM(t) et IM(t) sur une priode, en prcisant les chelles.4- Calculer la valeur moyenne < UM > de la tension UM aux bornes de l'induit sachant que la valeur moyenne dela tension aux bornes de la bobine est nulle. Entre quelles limites varie lorsque 0 1? Quel est l'intrtd'alimenter le moteur par un hacheur?

H

Dr Uc(t)U0

ic

MCC

L

H

Dr Uc(t)U0

iM

MCC

L

UM

H ferm H ouvert

aT T0 t

aT=2msT=5ms

UC(V)

0

t(ms)

2 20

50

100

150

200

250

300

4 6 8 10 12 14 16 2218

iC(A)

0

t(ms)

2 20

24681012

4 6 8 10 12 14 16 2218

14

16





Exercice 3

Lalimentation de linduit du moteur est assure par lensemble de batteries prcdent dlivrant la tension noteU0, associ un hacheur srie comprenant:- Un interrupteur lectronique unidirectionnel H fonctionnement priodique de priode T et de rapportcyclique (0 1); H est ferm de 0 T et ouvert de T T;- Une diode Dr suppose parfaite; une bobine lissant parfaitement le courant i(t), dont la valeur moyenne seranote I =IM, dans linduit du moteur1- Complter la figure en plaant convenablement les lments cits prcdemment.2- On choisit =0,75; avec U0=192V; reprsenter sur une priode, la tension VAB =f(t) et montrer queVAB = . U0. Quel appareil (type et fonction) vous permet de mesurer cette grandeur?3-Etablir une relation entre VAB, IM , E (f..m. du moteur), et la rsistance dinduit R4- Le moteur est tudi sous tension dinduit variable mais couple utile constant;- lintensit est alors constante et gale IM =135A;la f..m. E scrit E = kn (E en Volts; n en tr/min; k estune constante) ; et la rsistance dinduit R=0,1.5-Montrer que k=87.10-3 V/tr/min pour =0,75 et n=1500 tr/min. Complter le tableau ci dessous.

VAB (en V) 30 50 100 0,75

E(en V)

Exercice 4

Pour assurer les variations de vitesse, le moteur est aliment par une source continue U0 =275V et unhacheur; le schma du montage est donn la figure 1.Le transistor H se comporte comme un interrupteur command priodiquement; ses tats successifs sontprciss par le diagramme figure 2. La priode de fonctionnement est T =0,4ms. La diode de roue libre Dr estouvert lorsque H est passant, ferm lorsque H est bloqu.La bobine de lissage L=11,55mH en srie avec le moteur limite les variations du courant ic(t) qui volue entreles deux valeurs Imin et IMax autour d'une valeur moyenne (figure 2). Dans ces conditions, le couplelectromagntique du moteur est donn par la relation CEm=K.. On admettra enfin que la tension UM auxbornes du moteur est constante en rgime tabli.1- Donner le schma lectrique quivalent au montage lorsque H est passant, puis lorsque H est bloqu. Danschacun des deux cas, prciser la valeur prise par V(t).2- Pour une valeur arbitraire de , tracer les courbes reprsentatives des variations de la tension V(t) sur unepriode. Exprimer la valeur moyenne de cette tension en fonction de U0 et .3- Tracer les courbes reprsentatives des variations des intensits iH et iD des courants circulant respectivementdans le transistor et dans la diode.4- En crivant une loi de maille qu'on prendra ensuite en valeur moyenne, tablir une relation entre et UMpuis entre U0, UM et .5- Calculer les deux valeurs A et B du rapport cyclique permettant de faire fonctionner le groupe au point A(UAmoy = 220V) et au point B (UBmoy = 82,5V).

DrUM

U0

iM

MCC

A

B

V




Dr. F.Bouchafaa

6- On dmontre que l'ondulation du courant ic(t) qui circule dans le moteur est donne par la relation:

)(1..L

TUIIic 0minMax

Pour le point de fonctionnement B, le courant absorb est =6,8A; le rapport cyclique est =0,3. Calculeric correspondant ce fonctionnement. En dduire les valeurs de Imin et IMax. Tracer les courbesreprsentatives des variations de V(t) et de ic(t). Prciser les tats de H et de Dr.

Exercice 5

On utilise un hacheur survolteur pour produire une tension continue de 10V partir dune tension de 5V.On a relev le1- Calculer2- Tracer en- Les tensions- Les courants3- Calculer la

H

DrUMU0

iC

MCC

LiH

V

Etat de H

0

t

iC(A)

0

t

Passant

Bloqu

Imin

ImaxImoy i

aT T

VL

HU0=5V

iL

Figure 2

Figure 12011/2012 MEL502 / LGE60417

s formes dondes de la tension VL et du courant iL.le temps de conduction (ton) de lIGBT (IRF3205). Dduire la valeur de linductance L.fonction du temps:UH aux bornes de lIGBT (IRF3205) et VC aux bornes du condensateur.traversants le transistor lIGBT(IRF3205) (iH), la diode D (iD) et le condensateur C (ic).puissance dissipe dans la charge rsistive R.

UR=10V

D

iD

500F

Vc'

ic

UD

RUH

iH

C

iR


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ELECTRONIQUE DE PUISSANCEONDULEUR


Exercice 1

Le schma de principe d'un onduleur autonome est donn par la figure ci-contre. Les deux interrupteurs K1 etK2 sont commands lectroniquement. T tant la priode de commande;Pour 0 < t < T/2: K1 est ferm et K2 est ouvert;Pour T/2 < t < T : K1 est ouvert et K2 est ferm.La charge est purement rsistive: R =50. Les sources de tension continue E1 = E2 =40V.1- Reprsenter la tension Uc(t) aux bornes de la charge et le courant ic(t) dans la charge.2- Calculer les valeurs efficaces Uceff et Iceff3- En dduire la puissance P dissipe dans la charge.5- Quelle est la valeur moyenne .6- Citer une application de l'onduleur autonome de tension.

Exercice 2

Un onduleur autonome comporte 2 interrupteurs Hl et H2 supposs parfaits, et sontcommands priodiquement.1- Citer les composants permettant de raliser les interrupteurs Hl et H2.2-L'onduleur dbite sur une charge rsistive:Entre 0 et T/2: Hl est ouvert; H2 est ferm.Entre T/2 et T: H2 est ouvert; Hl est ferm.2.1- Quelle est la valeur de Uc pendant priode et reprsenter, l'oscillogramme de la tension Uc.3- L'onduleur alimente un moteur asynchrone monophas.3.1- Quel paramtre de fonctionnement du moteur rgle-t-on quand on fait varier la priode T de la commandedes interrupteurs H1, et H2? Citer une autre application d'un onduleur autonome.

Exercice 3 tude de l'onduleur de tension en commande "Pleine onde"

Il a pour fonction de gnrer un systme triphas de tensions Van, Vbn, Vcn dont l'amplitude et la frquencesoient rglables. Le schma de puissance simplifi est donn la figure 1.E est la f..m de la source de tension continue parfaite qui alimente l'onduleur. La technique permettantl'laboration des ordres de commande des interrupteurs dpend de la frquence dsire pour le moteur et sontdonns sur le document n1. Seul ce fonctionnement particulier est tudi.

1- Reprsenter Vao(t), Vbo(t), Vco(t) sur le document n1.2- Le moteur ayant un fonctionnement quilibr dfini par Van+Vbn+Vcn=0, montrer que

E1

E2

Charge

Uc(t)

K1

K2

H1

H2

Charge

Uc(t)

ic

E=15V

E=15V

c

MoteurasynchroneK1 K2 K3

K1 K2 K3

VK1

IK1

a

bia

E

o

N

Figure 1


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Van=(1/3)[2Vao-Vbo-Vco] et reprsenter Van(t) sur le document n2.3- La forme d'onde ia(t) du courant dans la phase a tant donn (ia(t) est assimil son fondamental),reprsenter les grandeurs iK1(t) et VK1(t) relatives l'interrupteur K1. En spcifiant les contraintes en tension etcourant au niveau de l'interrupteur K1, et donner une structure possible.4- Le dveloppement en srie de Fourier de la tension Van(t) donne un fondamental Van1(t) d'amplitude Van1max= (2E/).Calculer la valeur donner E pour que la valeur efficace Van1 du fondamental ait pour valeur 220V.5- En partant de la forme d'onde tablie la question 2 du paragraphe consacr la forme d'onde, calculer lavaleur efficace Van de la tension Van(t). Comparer les valeurs Van et Van1.

Exercice 4 Principe de fonctionnement d'un Onduleur commande dcale

La priode de l'onduleur est T =20ms. La forme de la tension Uc aux bornes de la charge qu'alimente l'onduleurainsi que celle de lintensit du courant qui traverse la charge sont dessines sur le document. On vousdemande:

1- Dhachurer les phases de fermeture de chaque interrupteur K et d'indiquer les lments passants.2- Prciser les diffrentes phases de fonctionnement (roue libre, transfert d'nergie).3- Calculer la frquence f de l'onduleur.

4- Montrer que la valeur efficace de Uc a pour expression Uc = T2-1E ( est l'instant de mise en conduction

de l'interrupteur command Hl (voir le document).5- Pour un retard =T/6 et pour une valeur efficace Uceff=230V, calculer la valeur maximale c de Uc.

Uc

Eic

R

H1

H2

H4

H3

D4D1

D2 D3

K1 K4

K3K2 Figure 1

t(ms)

ic[A]

D1K1

K2

0

Uc(t)[V]

t

E

t2t1

t(ms)


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Exercice 6 Onduleur 4 transistors (commande dcale).

Pour raliser lalimentation frquence et tension variables du moteur asynchrone, on utilise unonduleur. Londuleur, dont le schma de principe est donn par la figure 1, est donc monophas et alimente unenroulement du moteur. La tension Uc aux bornes de la bobine est reprsente dans la figure 2.Le courant ic traversant la bobine peut tre considr comme sinusodal de pulsation .Les graphes Uc et ic en fonction de =t sont reprsents dans la figure 3.1- La valeur efficace de Uc , Uceff =220V. Calculer la valeur de la tension continue dalimentation E.2- Indiquer sur le figure, entre 0 et 2, en suivant le modle propos pour T1 et T2, T3 et T4, les intervallespendant lesquels les diodes sont traverses par un courant.3- Indiquer les diffrentes phases de fonctionnement.(Alimentation, Roue libre,Rcupration).

K1 K1

K2 K2 K2

K3 K3 K3

Interrupteursenconduction

0 T/2 T

VanE

2/3E

E/3

0

-E/3

-2/3E

-E

T/12 T/2 T

ia

t

VK1E

2/3E

E/3

0

-E/3

-2/3E

-E

T/12 T/2 T

ia

iK1

Document n2

T/2 T

Vao

0

Et

K1 K1K2 K2 K2

K3 K3 K3

Interrupteursen

conduction

Document n1

Vbo

0

Et

T/2 T

Commande des interrupteurs pleine onde - rapport cyclique = 0.5

Vco

0

Et


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Exercice 7

L'onduleur permet d'alimenter frquence et tension variables le MAS. Par souci de simplification, l'tude neportera que sur une phase du rseau. Londuleur est prsent comme suit (figure 1),- La tension Uc aux bornes de la charge inductive, le courant ic dans la charge inductive.1- Les intervalles de conduction des 4 interrupteurs commands sont indiqus par un trait gras sur la figure 2;en dduire les intervalles de conduction des quatre diodes D1, D2, 3, D4 sur cette figure.2- Indiquer sur la figure 2 les diffrentes phases de fonctionnement (alimentation, rcupration, roue libre).

T2

T

E

-E

Uc

ict0

H2H3H4D1D2D3D4

Figure 2

Uc(t)[V]

E

-E

ic(t)[A]

H1H2H3H4D1D2D3D4

Figure 2

Figure 3

polycopie de td lge604-2012-bf

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