tp electronique de puissance

7/24/2019 TP Electronique de Puissance

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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

Ministre de lEnseignement Suprieur et de la Recherche Scientifique

Universit de Kasdi Merbah Ouargla

Facult des Nouvelles Technologies del'Information et de la Communication

Dpartement de l'lectronique et des communications

LMD 2me

Anne Instrumentation Ptrolire

TRAVAUX PRATIQUES

DELECTRONIQUE DE PUISSANCE

M. Bouzidi et KH .Chaibainou


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Table des matires

Recommandations relatives la rdaction des

comptes rendus ...................................................................................... 1

TP01 : Redresseur monophas non contrl ( diode) ........................ 3

TP02 : Redresseur monophas command ( thyristor) ..................... 8

TP03 : Les hacheurs (hacheur srie) .................................................. 10

TP04 : Onduleur de tension ................................................................ 14


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Recommandations relatives la rdaction des

comptes rendus

Travail de prparationLes travaux pratiques dlectrotechnique doivent tre considrs avec srieux et attention. Dans ce but

le travail de prparation, avant la sance de TP, est essentiel. Il permet de se prparer, avant les

manipulations, afin de garantir un bon droulement des activits prvues, permet de rcolter et

dutiliser les informations pour ne pas tre handicap lorsqu'il faut interprter un rsultat. Chaque

tudiant devra donc imprativement prendre connaissance du complment thorique et du documentconcernant le TP raliser, puis utiliser la documentation disponible (cours dlectrotechnique,

ouvrage spcialiss, sites internet, etc) afin de rpondre aux questions de prparation. Un document

comportant les rponses aux questions proposes pour le TP considr, les tableaux de mesures

ncessaires aux diffrents relevs, devra tre obligatoirement montr par les membres du binme en

dbut de sance lenseignant (qui lemmargera), ce dernier sera pris en compte dans lvaluationfinale du TP.

Compte-Rendu

Il sera remis au dbut de la sance suivante, lenseignant ayant encadr le TP.

Aucun retard ne sera tolr, tout retard non justifi entranera une pnalit sur la note ducompte-rendu.

Le compte-rendu sera rdig sur feuilles A4 et sera restreint 4 - 10 pages, les graphiques tantinclus.

Le compte-rendu comportera imprativement les rubriques suivantes :

une page de garde : sur laquelle sera mentionn :

- le titre de la manipulation,

- la date de la sance du TP,- la section dappartenance et le numro du binme (ou du trinme),

- le nom et prnom du rdacteur principal,- les noms et prnoms des participants au TP.

une introductionElle doit tre personnelle et prsenter brivement de manire claire tous les objectifs du TP ainsi que lecontexte exprimental, sans recopier le fascicule.

un document de prparation

Il devra comporter toutes les rponses aux questions proposes pour le TP considr, ainsi que les

tableaux de mesures relatifs aux diffrentes manipulations. Les rponses devront tre brves et tendant

lessentiel. Il est inutile de recopier intgralement la partie thorique fournie dans le fascicule.

ManipulationPour chaque manipulation, il sera ncessaire de rappeler les schmas de montage, les dmarches et

mthodologies suivies, les hypothses, ainsi que les principales quations utilises dans le cadre du TP.

1


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Rsultats et exploitationLes rsultats seront prsents dans des tableaux, les procdures de calcul utilises pour vos applicationsnumriques devront tre prsentes brivement. Les rsultats obtenus seront discuts clairement, en

essayant de rechercher leur sens physique et de voir si les valeurs mesures ou calcules sont

cohrentes. Un rsultat inattendu nest pas forcment un mauvais rsultat, surtout sil est reproductible.Les commentaires doivent tre scientifiquement pertinents. Lorsque lon compare un rsultat de mesure un rsultat de calcul, la diffrence ne sappelle pas une erreur mais un cart. Une estimation des

erreurs de mesures sera systmatiquement accomplie et leurs consquences sur les grandeurs calculesdiscutes.

Les graphes et courbes caractristiquesIls seront traits par un tableur ou un logiciel adquat pour les tracer (Excel ou autres), ou sur feuille depapier millimtr. Ne pas oublier de prciser les noms et les units des grandeurs reprsentes sur les

axes et les chelles. Lorsque plusieurs courbes sont traces sur une mme figure, donner une lgendeclaire pour chacune delles (par des couleurs par exemple). Sous chaque figure, indiquer explicitement

sa lgende complte ainsi que son numro par ordre dapparition dans le compte-rendu.

Conclusion gnraleIl sagit de discuter les objectifs pralablement fixs, ont-ils t atteints ou pas, et commenter la qualit

ces rsultats. Elle devra comporter une conclusion par manipulation et une rcapitule lensemble des

rsultats obtenus.

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TP01 :Redresseur monophas non contrl ( diode) Universit de Kasdi Merbah. Ouargla 2013/2014

2me Anne: Instrumentation ptrolire 4

Voici quelques lments parmi les plus frquemment employ :

Sources de tension, triangulaire, sinusodale et continue :

Elment passifs, inductance, condensateur et rsistance.

Interrupteur, IGBT, diode, thyristor.

Elment propres au circuit de commande, comparateur, additionneur- soustracteur, intgrateur,monostable, lments logiques,...

Capteurs pour l'interfaage du circuit de puissance vers le circuit de commande

Sondes de tension et de courant pour rendre les rsultats de simulation accessibles dans le logicield'affichage SIMVIEW

Paramtres de simulation, pas de calcul et longueur de la simulation


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I. But du TP: Le but de ce TP est de :1- L'apprentissage d'un logiciel de simulation d'lectronique de puissance, outil qui va par la

suite tre utilis rgulirement dans l'ensemble des autres T.P. d'lectronique de puissance.

2- La prise en compte des diffrences de caractristiques du redressement monophas, selon

le type de charge.

II. Prcautions d'emploi :

Vous devez imprativement avant d'excuter une simulation raliser les points suivants :

Construire le schma lectrique du circuit de commande (lorsqu'il existe),

Dfinir les valeurs des paramtres des lments du circuit de commande, Etablir le schma lectrique du circuit de puissance,

Dfinir les valeurs des paramtres des lments du circuit de puissance, Placer les sondes de mesures -courant, tension-, afin de pouvoir accder sous SIMVIEW, aux

rsultats de simulation souhaits,

Dfinir les paramtres de simulation.

On utilisera, sauf indication contraire, comme paramtres de simulation :

Time Step: 1.10-4

seconde.

Total Time: 0.1 seconde.

III. Applications :Pour l'ensemble des montages ci-dessous, vous devez :

De manire thorique :

Reprsenter l'allure du courant et de la tension dans la charge,Calculer l'expression analytique de :

La valeur moyenne du courant et de la tension dans la charge,

La valeur efficace du courant et de la tension dans la charge,

Avec PSIM sur le mme graphique:

Tracer la tension d'entre et la tension de la charge.

Tracer le courant d'entre, le courant dans la charge.

Donner l'expression calcule par le logiciel de la valeur moyenne de la tension et ducourant dans la charge.

A- Redressement mono-alternance :

1- Charge rsistive :

R=100, 50, 10.

eV

cI

A

DV

V V

cV

R

220

50

V

Hz


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2- Charge capacitif :

e

cI

RC

DV

cV

C= 1F, 10F, 50F, 100F, et R fix 100

3- Filtrage inductif :

L= 1mH, 10mH, 50mH, 100mH, et R fix 100

4- Conclusion sur le redressement mono-alternance :

Expliquer les graphiques obtenus lorsque l'on fait varier l'impdance de R ou celle du condensateur ou del'inductance.

Voyez-vous certaines similitudes entre le redressement mono-alternance sur charge capacitive et sur

charge inductive? Si oui lesquelles?

B - Redressement double-alternance :


eV

cI

DV

cV

R220

50

V

Hz

DV

cI

Rc

V

eV

1D 2D

3D

4D


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R=100, 50, 10.

2 - Filtrage capacitif :

C= 1F, 10F, 50F, 100F, et R fix 100

3-Filtrage inductif :

L= 1mH, 10mH, 50mH, 100mH, et R fix 100

4- Conclusion dur le redressement double-alternance :

Expliquer les graphiques obtenus lorsque l'on fait varier l'impdance de R ou celle du condensateur

ou de l'inductance.

Voyez-vous certaines similitudes entre le redressement double-alternance sur charge capacitive et

sur charge inductive? Si oui lesquelles?

Au vu des diffrents fonctionnements analyss dans ce T.P. noncez les avantages et inconvnients

des redressements mono et double alternance.

Est-il possible avec les montages ou l'un des montages proposs de fabriquer une tension ngative?

Justifiez votre rponse.

DV

cI

Rc

V

eV

1D 2D

3D

4D

DV

cI

Rc

V

eV

L

1D

2D

4D3D


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Universit Kasdi Merbah Ouargla 2013/2014

2me

anne Instrumentation ptrolire

TP Electronique de puissance TP : 02

M. BOUZIDI. / KH .CHAIBAINOU Redresseur monophas command ( thyristor)

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I. But du TP:

Le but de ce TP est de dterminer les performances d'un redresseur monophas simple et doublealternance thyristorcommand avec une charge rsistive et inductive.

II. Partie ThoriquePour l'ensemble des montages ci-dessous, vous devez :

- Reprsenter l'allure du courant et de la tension dans la charge, la tension inverse au borne du

thyristor.

-

Calculer l'expression analytique de :

-

La valeur moyenne du courant et de la tension dans la charge,

La valeur efficace du courant et de la tension dans la charge,

III. Partie pratique

III.1. Redressement command mono-alternance :


Effectuer le montage lectrique reprsent sur le schma de la figure (1).

Rguler les paramtres de simulation comme suite :

Time Step: 1.10-4

seconde. Total Time: 0.1 seconde.

On donne : Vm=220V,f = 50Hz, avec: ( sin( ), 2s mV V t f ), R=100

-

Tracer la forme donde de la tension de la source Vs, la tension redresse Vc, la tension inverse

au borne du thyristor VTh, et le courantIcpour 0, 30, et 60 , (est langle damorage du

thyristor).

- Distinguer les diffrents modes de conductions dans la charge (continue et discontinue).

- Tracer la variation de la valeur moyenne et la valeur efficace de la tension aux bornes de la

charge (Vc) en fonction de langle damorage

(degr) 0 30 60 90 110 150 180Vcmoy

Vceff

sV

cI

ThV

cVR

Figure (1)

sV

cI

ThV

cVR

Figure (2)

L


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TP01 :Redresseur monophas non contrl ( diode) Universit de Kasdi Merbah, Ouargla 2013/2014


2- Charge inductive :

Effectuer le montage lectrique reprsent sur le schma de la figure (2), avec : L =1H.

- Refaire le mme travail pour charge rsistive.

III.2. Redressement double-alternance thyristor :

1. Charge rsistive :

Effectuer le montage lectrique reprsent sur le schma de la figure (1) (utiliser les mmes paramtres

prcdents).

- Tracer la forme donde de la tension de la source Vs, la tension redresse Vc, la tension inverse

au borne du thyristor VTh, et le courantIcpour 60, 90, et 120 , (est langle damorage

du thyristor).

-

Distinguer les diffrents modes de conductions dans la charge (continue et discontinue).- Tracer la variation de la valeur moyenne et la valeur efficace de la tension aux bornes de la

charge (Vc) en fonction de langle damorage

(degr) 0 30 60 90 110 150 180

Vcmoy

Vceff

2. Charge inductive :

Effectuer le montage lectrique reprsent sur le schma de la figure (4), avec : L =1H.

Refaire le mme travail pour charge rsistive.-

Si langle >90, Que remarquez-vous? Que pouvons-nous appeler ce convertisseur dans ce

cas ?

Justifiez votre rponse.

En fin donner une conclusion gnrale.

cI

1Th

1ThV

R cV

sV

Figure (4)

2Th

4Th

3Th

L

cI

1Th

1ThV

R cV

sV

Figure (3)

2Th

4Th

3Th


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2me


TP Electronique de puissance TP03 :M. BOUZIDI. / KH .CHAIBAINOU Les hacheurs (hacheur srie)

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But du TP:Le but de ce TP est de dterminer les performances d'un hacheur srie avec une charge rsistive et

inductive.

I. Partie thoriqueDfinition : Lhacheur est un dispositif permettant dobtenir une tension continue de valeur moyenne

rglable partir dune source de tension continue fixe (batterie daccumulateurs ou bien pont redresseur -

aliment par le rseau de distribution).

Un hacheur peut tre ralis laide des interrupteurs

lectroniques commandables la fermeture et louverture

telle que les transistors bipolaires ou IGBT ou les thyristors

GTO.

Exemple dapplication : le hacheur permet de faire varier et de rgler la vitesse des moteurs courantcontinu.

Principe de fonctionnement : Le principe du hacheur consiste tablir puis interrompre priodiquement

la liaison source- charge laide dun interrupteur lectronique.

Le rapport cyclique: Le rapport cyclique est dfini comme le tempstFpendant lequel linterrupteur est

ferm divis par la priode de fonctionnement du montage T, ( Ft

T ).

La valeur de rapport cyclique : 0 1 .

Le hacheur srie (buck):

Dbit sur une charge rsistive :Soit le montage suivant :

H : Interrupteur unidirectionnel parfait

Analyse de fonctionnement

0 : H est ferm

0H

s

s

e s

t T

V

V U

Ui

Ri i

: H est ouvert

0

0

0

H

s

s

e s

T t T

V U

V

i

i i

Valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge :

U sV

HV

siei

Figure (1)

H

H

ferm

H

ouvert

H

ferm

H

ouvert

t

sV

U

0 T T T T 2T

0 T T T T 2T t

si

U

R

0 T T T T 2T t

HV

U

0 T T T T 2T t


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TP03 : Les hacheurs (hacheur srie) Universit de Kasdi Merbah. Ouargla 2013/2014


0 0

1 1 1( ) 0

T T T

s s

T

V V t dt Udt dt T T T

sV U

La valeur moyenne de la tensionsV peut tre ajuste en jouant sur la valeur du

rapport cyclique . Quand on fait varier de

0 1, sV varie linairement de 0 U.

Valeur moyenne du courant :

ss

V Ui

R R

Dbit sur une charge active R, L, E :

Analyse du fonctionnement :

0 : H est ferm

0

0

H

s

e s

d

t T

VV U

i i

i

Lintensit du courant dans la charge vrifier

lquation suivante :

..........(1)ss

diU E Ri L

dt

: H est ouvertT t T Le courant impos par la bobine pourra passer

par la diode de roue libre. Donc la diode assure

la continuit du courant dans la charge.

0

0

H

s

e

d s

V U

V

i

i i

Lintensit du courant dans la charge vrifier

lquation suivante :

sV

0 1

U

( )s

V f

U

sV

HV

siei

H

L

R

E

di

H

ferm

H

ouvert

H

ferm

H

ouvert

t

sV

U

0 T T T T 2T

0 T T T T 2T t

si

0 T T T T 2T t

HV

U

0 T T T T 2T t

ei

0 T T T T 2T t

maxsI

minsI

maxsI

minsI

di

0 T T T T 2T t

maxsI

minsI

H

t0 T T T T 2T

D H D


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0 ..........(2)ss

diE Ri L

dt

En gnral les rsistances de linduit et linductance sont trs faibles,donc on suppose que la chute de

tensionRisest nulle.

Lquation (1) devient :s

di

U E L dt

donc le courant est donn par lquation suivante :

min( )s sU E

i t t iL

Lquation (1) devient : 0 s

diE L

dt

donc le courant est donn par lquation suivante :

max( )s sE

i t t T iL

La valeur moyenne de la tension est donne par :

sV U

La valeur moyenne du courant est donne par :

max min

2

s s

s

i iU EI

R

Ondulation du courant dans la charge :

max min

1s s s

T Ui i i

L

Londulations

i est maximale pourmax

0 0.54

ss

d i UTi

dt L

II. Partie simulation

1- Avec charge rsistive

Raliser le schma de la figure suivante :

Effectuer les rglages suivants:

- Gnrateur d'entre: U=48 V.

- Rsistance:R=100.

- Synchro:f=1 kHz et =0.5.

- Step time =10s, Total time=0.06s.

1-

Tracer le signal de commande et les formes dondedes tensions Vs, VH, et le courant de sortie is dans

lintervalle de 0.05s 0.06s.

2- Calculer la valeur moyenne de la tension Vs et le

courant is.

3- Remplir le tableau suivant et tracer la caractristique

Vs=f().

4- Comparer ces rsultats avec les valeurs thoriques.


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0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1

sV

2- Avec charge active R, L, E

Raliser le schma de la figure suivante et Effectuer les rglages suivants:-

Gnrateur d'entre: U=48 V.

- Gnrateur de sortie:E=4.8 V.

- Rsistance:R=0.5.

- Inductance :L=0.001H.

- Step time =10s, Total time=0.06s.

1-

Tracer le signal de commande et les formes donde des tensions Vs, VH, et des courants is,ieet iddans

lintervalle de 0.05s 0.06s.

2- Calculer la valeur moyenne de la tension Vset le courant is.

3-

Calculer londulation du courants

i en utilisant la relationmax mins s

i i .

4- Remplir le tableau suivant et tracer la caractristique Vs=f()et ( )si f

0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1

sV

si

5- Comparer ces rsultats avec les valeurs thoriques.

Interprtez vos rsultats et donnez une conclusion gnrale.


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TP Electronique de puissance TP04 :M. BOUZIDI. / KH .CHAIBAINOU Onduleur de tension

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Objectifs de TP:

ralis, avec un logiciel de simulation, des montages onduleurs quatre interrupteurs;

relever les oscillogrammes de divers tensions et courants dans ces montages.

I. Onduleur commande symtrique

Dessinez dansPsimle schma de simulation suivant.

Effectuer le rglage suivant :

Base de Temps:pas (step time)= 10-5

s, dure

(total time)=0.05s.

Dans les gnrateurs des impulsions effectuer les

rglages suivants:

-

G1, G3 :f=100Hz, switching points: 0 180- G2, G4 :f=100Hz, switching points: 180 360

1- Visualisez, dans quatre graphes spars:- la tension vsaux bornes de la charge,

- le courant isdans la charge,

- la tension vK1 aux bornes de l'interrupteur K1,- et le courant iK1de l'interrupteur K1.

1- Dduire les tats (Ferm ou Ouvert) de l'interrupteur K1, K2, K3 et K4: vous les noterez sous les

graphes.

2- Dduire les tats (Ferm ou Ouvert) des diodes et des transistors : vous les noterez sous les graphes.

3- Mesurez la valeur efficace de la tension vs.

II. Onduleur commande dcale

Dans le mme schma prcdent modifier :

- La commande de G1 : 0 180

- La commande de G4 : 180 360

- La commande de G2 : 180+ +360

- La commande de G3 : +180

On donne =45

1- Rpondre les mmes questions de la partie I.

2- Mesurez, pour diffrentes valeurs de alpha (=45, 90, 135) la valeur efficace de la tension vs.

3- Quel est l'intrt de la commande dcale ?

4- Visualisez l'allure du courant dbit par l'alimentation continue E. En dduire une proprit

essentielle que doit possder cette alimentation.

tp electronique de puissance

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