Ex_STS2_13_Onduleurs.doc - Physique Appliquée

TD Sciences Appliquées STS
Onduleurs Exercice 1: QCM(Solution 1:) 2
Exercice 2: Onduleur autonome monophasé de tension débitant sur un four à
induction (Solution 2:) 2
Exercice 3: Onduleur de tension en commande décalée (Solution 3:) 4
Exercice 4: Commandes d'un onduleur de tension triphasé (Solution 4:) 4
Exercice 5: Onduleur de tension triphasé (Solution 5:) 6
Exercice 6: BTS Et 1996 Nouméa (Solution 6:) 6
Exercice 7: BTS Et 1996 Métro (Solution 7:) 10
Exercice 8: BTS Et 1997 Nouméa(Solution 8:) 12
Exercice 9: BTS Et 2000 Métro (Etude de l'alimentation électrique d'un
Airbus A320)( Solution 9:) 16
Exercice 10: BTS Et 2000 Nouméa (Etude d'un variateur de machine à courant
alternatif)( Solution 10:) 20
Exercice 11: BTS ET 2002 Nouméa (Etude d'une station de pompage)( Solution
11:) 21
Exercice 12: BTS ET 2004 Nouméa (Générateur Eolien)( Solution 12:) 22
Exercice 13: BTS ET 2004 Metro (Production d'électricité avec une
éolienne) (Solution 13:) 26
Exercice 14: BTS ET 2005 Métro (Production d'énergie électrique et
raccordement au réseau)(Solution 14:) 29
Exercice 15: BTS Et 2006 Métro (Motorisation d'un tramway) (Solution 15:)
33
Exercice 16: BTS Et 2006 Nouméa (Véhicule hybride) (Solution 16:) 37
Exercice 17: BTS Et 2007 Métro (Etude simplifiée de la motorisation de la
Peugeot 106 électrique) (Solution 17:) 40
Exercice 18: BTS Et 2007 Nouméa (Etude d'une station de pompage autonome)
(Solution 18:) 42
Exercice 19: BTS 1994 : Onduleur à transistor triphasés (Solution 19:) 44
Exercice 20: BTS 2011 Nouméa: Variateur de vitesse (Solution 20:) 46
Solutions Onduleurs 48
Solution 1: Exercice 1:QCM 48
Solution 2: Exercice 2:Onduleur autonome monophasé de tension débitant
sur un four à induction 48
Solution 3: Exercice 3:Onduleur de tension en commande décalée 51
Solution 4: Exercice 4:Commandes d'un onduleur de tension triphasé 52
Solution 5: Exercice 5:Onduleur de tension triphasé 52
Solution 6: Exercice 6:BTS Et 1996 Nouméa 52
Solution 7: Exercice 7: BTS Et 1996 Métro 55
Solution 8: Exercice 8: BTS Et 1997 Nouméa 56
Solution 9: Exercice 9:BTS Et 2000 Métro (Etude de l'alimentation
électrique d'un Airbus A320)( Solution 9:) 58
Solution 10: Exercice 10:BTS Et 2000 Nouméa (Etude d'un variateur de
machine à courant alternatif) 60
Solution 11: Exercice 11:BTS ET 2002 Nouméa (Etude d'une station de
pompage) 62
Solution 12: Exercice 12: BTS ET 2004 Nouméa (Générateur Eolien) 62
Solution 13: Exercice 13:BTS ET 2004 Metro (Production d'électricité
avec une éolienne) () 64
Solution 14: Exercice 14:BTS ET 2005 Métro (Production d'énergie
électrique et raccordement au réseau)(Solution 14:) 67
Solution 15: Exercice 15: BTS Et 2006 Métro (Motorisation d'un tramway)
67
Solution 16: Exercice 16: BTS Et 2006 Nouméa (Véhicule hybride) 69
Solution 17: Exercice 17:BTS Et 2007 Métro (Etude simplifiée de la
motorisation de la Peugeot 106 électrique) 71
Solution 18: Exercice 18:BTS Et 2007 Nouméa (Etude d'une station de
pompage autonome) 72
Solution 19: Exercice 19:BTS 1994 : Onduleur à transistor triphasés 73
Solution 20: Exercice 20:BTS 2011 Nouméa: Variateur de vitesse () 73 1 QCM(Solution 1:) Entourer la ou les bonnes réponses
On appelle u(t) la tension aux bornes de la charge.
1. Onduleur de courant et onduleur de tension
a) Dans un onduleur de courant la puissance est fournie par une source de
courant continue.
b) Dans un onduleur de courant la puissance est fournie par une source de
courant alternatif.
c) Dans un onduleur autonome, la fréquence f dépend de la charge.
d) La valeur efficace U1eff du fondamental de la tension de sortie u(t)
d'un onduleur de tension est imposée par l'électronique de commande.
e) Dans un onduleur assisté, la commande des interrupteurs est synchrone
avec la tension u(t) de la source alternative. 2. Commande MLI de l'onduleur de tension monophasé
a) Avec la commande MLI à 5 angles précalculés, la fréquence du premier
harmonique gênant est Fi = 3 f.
b) Avec la commande MLI à angles précalculés, la valeur efficace de la
tension u(t) aux bornes de la charge est réglable
c) Avec la commande MLI à intersection sinus triangle, la valeur efficace
de la tension u(t) aux bornes de la charge est réglable.
d) La profondeur de modulation m permet de faire varier la valeur
efficace U1 fondamental de la tension u(t) aux bornes de la charge.
e) L'onduleur à commande MLI unipolaire est tel que u (t) = ± Vs.
f) Avec l'onduleur à commande MLI unipolaire à double intersection sinus-
triangle, il est possible de régler par commande électronique le
transfert de puissance. 3. Onduleur triphasé
a) Dans un onduleur de courant la valeur efficace du courant alternatif
est imposée.
b) Dans un onduleur triphasé de courant ou de tension, la somme des trois
courants: ia (t) + ib (t) + ic (t) est nulle.
c) Dans un onduleur triphasé autonome, la fréquence f dépend de la
charge.
d) Dans un onduleur triphasé de tension, la relation des tensions simples
va(t) + vb(t) +vc(t) = 0 est vérifiée.
e) La commande « simple » des 6 interrupteurs d'un onduleur triphasé de
courant est la même que celle des 6 interrupteurs d'un onduleur
triphasé de tension. 2 Onduleur autonome monophasé de tension débitant sur un four à induction
(Solution 2:) Un four à induction est équivalent à circuit série composé d'une inductance
pure L= 60 µH et d'une résistance R = 10 m(. La fréquence de
fonctionnement de l'onduleur est fixée à f = 600 Hz. I. Alimentation du four par une source de tension sinusoïdale
1. Alimentation directe :
Le four est alimenté par un générateur de tension alternative
sinusoïdale de valeur efficace VN = 1 000 V et de fréquence f = 600 Hz.
Calculer l'impédance Z du four, l'intensité efficace IN du courant et
la puissance active P consommée.
2. Alimentation indirecte sous tension réduite V' = 90 V (sous 600 Hz)
sinusoïdale.
On veut obtenir le même point de fonctionnement pour le four en
ajoutant en série avec celui-ci un condensateur de capacité C que l'on
se propose de calculer.
2.1. Quelle doit être l'impédance Z' de l'ensemble four + condensateur
pour que l'on obtienne l'intensité IN ?
2.2. En déduire le facteur de puissance cos (' de l'ensemble du
circuit.
2.3. Calculer la capacité C. On choisira la plus faible des deux
valeurs obtenues.
II. Alimentation du four par une source de tension alternative «
rectangulaire » de fréquence 600 Hz
1. Alimentation indirecte
Un générateur délivre une tension rectangulaire (ou « carrée ») de
niveau u (t) = ± E avec E = 100 V.
Le développement en série de Fourier est alors :
[pic]
1.1. Calculer les valeurs efficaces des tensions V1 et V3
correspondant respectivement aux harmoniques 1 (fondamental) et 3
de la tension u(t).
1.2. Le générateur délivrant u(t) alimente le circuit série comprenant
le four à induction et le condensateur de capacité C = 1 080 µF.
Faire un schéma du montage. Calculer les impédances Z1 et Z3 de ce
circuit, relatives aux harmoniques 1 et 3. En déduire les valeurs
efficaces I1 et I3 des courants correspondants. Montrer qu'en
définitive, on peut considérer i(t) pratiquement sinusoïdal.
2. Étude du générateur
La tension u(t) est fournie par un onduleur autonome de tension. Les
composants sont supposés parfaits.
[pic]
On admet que le courant i(t) est sinusoïdal
[pic] (en ampères)
2.1. Représenter les courants dans le transistor T1 (iT1), la diode D1
(iD1), et dans source de tension (iS).
2.2. Indiquer en traits pleins les séquences pendant lesquelles les
transistors et,.diodes sont à l'état passant.
2.3. Calculer les valeurs moyennes des intensités des courants dans un
transistor, une diode, et dans la source de tension E.
2.4. Calculer la puissance. Comparer au résultat de la question I
Vérifier la relation P = E I s moy R Ieff² 3 Onduleur de tension en commande décalée (Solution 3:) [pic]
1) Tracer la courbe représentative de u(t).
2) Indiquer les éléments qui sont commandés pendant une période.(T ou D)
3) Exprimer la valeur efficace de la tension u.
4) On donne la décomposition en série de Fourier du signal suivant :
[pic]
Pour 2(=0 (2( temps de roue libre) , exprimer les valeurs efficaces du
fondamental et des harmoniques 3 et 5 en fonction de E.
Même question pour 2(=(/ 3 ,2(=(/4 et 2(=(/5. Conclure. 4 Commandes d'un onduleur de tension triphasé (Solution 4:) [pic] |0 |T/6 |2T/6 |
|K5 |K2 |K5 |K2 |
|K3 |K6 |K3 |K6 |
1) Dessiner les tensions v AO, vBO, vCO en concordance de temps.
2) Dessiner en concordance de temps, les tensions uAB, uBC ,uCA .
3) Montrer que [pic]
4) Dessiner les tensions simples v AN, vBN, vCN .
5) Exprimer la valeur efficace commune Vf des tensions v AO, vBO, vCO en
fonction de E.
6) Exprimer la valeur efficace d'une tension composée en fonction de E
7) Exprimer la valeur efficace d'une tension simple en fonction de E. Mêmes questions que précédemment avec les séquences de commandes des
interrupteurs suivantes :
|0 |T/6 |
|1 \ Commande "pleine onde" à f = 50 Hz : |[pic] |
|La commande des transistors est telle que la |