Ex_05_STS1_Redresseurs.doc - Physique Appliquée

TD Sciences Appliquées STS
Conversion alternatif continu Redresseurs monophasés 2
Exercice 1: Redressement P2 :(Solution 1:) 2
Exercice 2: Redressement commandé P2 :(Solution 2:) 2
Exercice 3: BTS 2001 Etk Metro (Solution 2:) Correction à finir 3
Redresseurs triphasés 7
Exercice 1: Redressement PD3 tout thyristors (Solution 3:) 7
Exercice 2: BTS 2003 Etk Metro Alimentation des moteurs électriques de
propulsion du paquebot Queen Mary 2 PD3 (Solution 4:) 8
Exercice 3: BTS 2002 Etk Metro (Solution 5:) 11
Exercice 4: BTS 2002 Etk Nouméa (Solution 6:) 13
Exercice 5: BTS 1999 Etk Nouméa (Solution 7:) 14
Exercice 6: BTS 1997 Etk Redresseur à diode (Solution 8:) 17
Exercice 7: BTS 1996 Etk Nouméa (Solution 9:) 17
Exercice 8: BTS 1996 Etk Métro (Solution 10:) 18
Redresseurs Corrections 22
Solution 1: Exercice 1: : Redressement P2 :(Solution 1:) 22
Solution 2: Exercice 2:Redressement commandé P2 :() 22
Solution 3: Exercice 2:BTS 2001 Etk Metro (Solution 2:) 25
Solution 4: Exercice 1: : Redressement PD3 tout thyristors 26
Solution 5: Exercice 2: : BTS 2003 Etk Metro 28
Solution 6: Exercice 3:BTS 2002 Etk Metro (Solution 5:) 29
Solution 7: Exercice 4:BTS 2002 Etk Nouméa (Solution 6:) 30
Solution 8: Exercice 5:BTS 1999 Etk Nouméa (Solution 7:) 31
Solution 9: Exercice 6:BTS 1997 Etk Redresseur à diode (Solution 8:) 32
Solution 10: Exercice 7:BTS 1996 Etk Nouméa ( ) 33
Solution 11: Exercice 8:BTS 1996 Etk Métro ( ) 33 Redresseurs monophasés
1 Redressement P2 :(Solution 1:) Pour tout l'exercice le courant dans la charge est considéré comme constant
égal à IC = 10 A.
Les diodes sont considérés comme parfaits
[pic]
a. Enoncez la règle permettant de savoir quelle diode conduit si
plusieurs ont leur cathode commune
b. Enoncez la règle permettant de savoir quelle diode conduit si
plusieurs ont leur anode commune
c. Hachurez les instants où chaque interrupteur conduit
d. En déduire VC. Tracer VC
e. En déduire VK1. Tracer VK1.
f. Compléter le lignes iK1 , iK2
g. Quelle est la valeur moyenne de iK1
h. Par l'écriture du théorème d'ampère, exprimez i en fonction de
N1,N2, ik1, ik2 et complétez le graphique.
[pic] 2 Redressement commandé P2 :(Solution 2:) Pour tout l'exercice le courant dans la charge est considéré comme constant
égal à IC = 10 A.
Les thyristors sont considérés comme parfaits
Les impulsions de gâchette se font à 108° (modulo 180°)
[pic]
a. Enoncez la règle permettant de savoir quel thyristor conduit si
plusieurs ont leur cathode commune
b. Enoncez la règle permettant de savoir quel thyristor conduit si
plusieurs ont leur anode commune
c. Hachurez les instants où chaque interrupteur conduit
d. En déduire VC. Tracer VC
e. Calculer la valeur moyenne de VC
f. En déduire VK1. Tracer VK1.
g. Compléter le lignes iK1 , iK2
h. Quelle est la valeur moyenne de iK1
i. Par l'écriture du théorème d'ampère, exprimez i en fonction de
N1,N2, ik1, ik2 et complétez le graphique.
[pic]
3 BTS 2001 Etk Metro (Solution 2:) Deuxième partie : Etude du pont tout thyristors (figure 3)
Un pont redresseur tout thyristor est alimenté par le réseau qui fournit
une tension sinusoïdale de tension efficace U = 400 V et de fréquence 50
Hz.
Les thyristors sont considérés comme parfaits : Th1 et Th3 d'une part,
Th2 et Th4 d'autre part, sont commandés de manière complémentaire avec un
retard à l'amorçage noté (. On admet que le courant Ic fourni par le pont
à thyristors est parfaitement lissé grâce à l'inductance LF (IC =
constante).
2.1. Pour ( = [pic], représenter sur le document réponse n° 1 :
- la tension uc à la sortie du pont en indiquant les thyristors
passants
- le courant i fourni par le réseau.
2.2. Montrer que, pour une valeur quelconque de ( , la tension moyenne à
la sortie du pont a pour expression :
[pic]
Quel type de fonctionnement obtient-on pour [pic] si on parvient, en
modifiant le dispositif, à maintenir constant le courant IC?
2.3. Application numérique:
Pour [pic] et IC = 40 A, calculer:
- la tension UCMOY ;
- la puissance P absorbée par le moteur;
- la valeur efficace I du courant i prélevé au réseau;
- la puissance apparente S de l'installation;
- le facteur de puissance [pic] de l'installation.
Troisième partie : Fonctionnement en pont mixte (figure 4)
Afin d'améliorer le facteur de puissance de l'installation, on place à la
sortie du pont précédent une diode de «roue libre» DRL. La tension
sinusoïdale du réseau est inchangée (U = 400 V ; f = 50 Hz). On admet
encore que le courant IC fourni par le pont à thyristors est parfaitement
lissé grâce à LF
3.1. Pour un angle de retard à l'amorçage [pic] représenter sur le
document réponse n°1:
- la tension uC à la sortie du pont, en indiquant les composants
passants
- le courant i fourni par le réseau alternatif
3.2. La tension moyenne à la sortie du pont a pour expression
[pic]
Calculer la valeur de l'angle de retard à l'amorçage ( donnant UCMOY=
180 V.
3.3. Montrer que pour une valeur quelconque de (, la valeur efficace du
courant i a pour expression
[pic]
3.4. Application numérique:
Pour IC = 50 A et UMOY = 180 V calculer: :
- la puissance P absorbée par le moteur;
- la valeur efficace I du courant i débité par le réseau
- la puissance apparente S mise enjeu par le réseau;
- le facteur de puissance [pic] de l'installation.
3.5. Ce pont est-il réversible (susceptible de fonctionner en onduleur) ?
Justifier votre réponse.
[pic]
[pic]
Deuxième partie
[pic]
Troisième partie
[pic] Redresseurs triphasés
1 Redressement PD3 tout thyristors (Solution 3:) Pour tout l'exercice le courant dans la charge est considéré comme constant
égal à IC = 10 A.
L'angle de retard à l'amorçage est de 30°
Les diodes et thyristors sont considérés comme parfaits
[pic] a. Par rapport à quel instant de départ est pris cet angle de
retard
b. Hachurez les instants où chaque interrupteur conduit K1,K2, K3
puis K'1, K'2, K'3
c. Remplir la ligne VC. Tracer VC
d. Quel est le signe de la valeur moyenne de VC. Donnez sa valeur.
e. Remplir la ligne VK1. Tracer VK1.
f. Compléter les lignes iK1 , iK'1 , en déduire la ligne concernant
i
g. Quelle est la valeur moyenne de iK1
h. Complétez le graphique de i.
i. Quelle est la valeur efficace de i.
j. Dans quel sens transite l'énergie ? Justifiez.
k. Dessinez approximativement le fondamental du courant i
l. Donnez l'expression de la puissance réactive absorbée ou fournie
par le montage
m. Donnez la valeur du déphasage de l'expression précédemment
trouvée
n. Qu'advient-il de la valeur moyenne de VC si l'angle de retard à
l'amorçage augmente ? Dans quel sens transite l'énergie ?
[pic]
2 BTS 2003 Etk Metro Alimentation des moteurs électriques de propulsion du
paquebot Queen Mary 2 PD3 (Solution 4:) Dans toute cette partie l'intensité du courant I0, parfaitement
lissé, est maintenu à 830 A.
[pic]
2-1) Pont PD3 (figure 5) :
Les thyristors sont considérés comme parfaits.
L'angle de retard à l'amorçage ( est défini par rapport à l'instant de
commutation naturelle.
2-1-1) Pour ( = 30°, représenter sur le document réponse n° 1 :
2-1-1-1) les intervalles de conduction des thyristors Ta et [pic] ;
2-1-1-2) l'allure de la tension u0 ;
2-1-1-3) l'allure du courant de ligne ia ;
2-1-1-4) l'allure du fondamental iaf du courant ia.
2-1-1-5) En déduire la valeur du déphasage ( de iaf par rapport à va.
2-1-2) Montrer que la valeur efficace Ia du courant ia vaut 678 A pour I0 =
830 A.
2-1-3) La décomposition en série de Fourier de ia (( t) est la suivante :
ia (( t) = [pic]
2-1-3-1) Donner l'expression de iaf = (( t).
2-1-3-2) Montrer que la valeur efficace de iaf s'écrit Iaf = 0,78 I0.
2-1-4) La puissance active fournie à ce pont par le réseau s'écrit Pa =
[pic] Uab Iaf cos (. En déduire l'expression du facteur de puissance k en
fonction de cos (.
2-1-5) Le taux global de distorsion d'un courant i périodique et
alternatif est défini comme suit :
| Di = [pic] = [pic] |- In représente la valeur efficace de l'harmonique de|
| |rang n de i. |
| |- If représente la valeur efficace du fondamental de |
| |i. |
| |- I représente la valeur efficace de i. |
calculer Dia, le taux global de distorsion du courant ia.
2-2) Convertisseur alternatif-continu (figure 6) :
[pic]
Le convertisseur est constitué de deux ponts PD3 montés en série.
Les ponts P et P' sont commandés avec le même angle de retard à
l'amorçage ( par rapport aux instants respectifs de commutation naturelle.
Dans ces conditions, en conduction ininterrompue, chaque pont fonctionne
comme s'il était seul.
Les transformateurs Dd et Dy sont suppos