EPMI Cergy TD05 : ELECTRONIQUE DE PUISSANCE Ingénieur ...

ONDULEURS
Exercice 1 : Onduleur Monophasé en demi pont A- Charge résistive
On étudie un onduleur autonome à transistor dont la charge est
résistive. On utilise une source de valeur E'=2.E et deux condensateurs
[pic] et [pic] de même capacité C. Si C est suffisant, les deux tensions
[pic] et [pic] sont sensiblement constantes et égales à E. Les transistors
[pic] et [pic] joue le rôle d'interrupteur et travaillent en commutation.
Ces transistors conduisent alternativement. Soit T la période :
De 0 à [pic] : [pic] est passant et [pic] bloqué
De [pic] à T : [pic] est bloqué et [pic] passant 1- Représenter de manière corrélative la tension[pic],[pic],[pic]
2- On veut que la valeur maximale du courant i soit de 2 A. Calculer R
sachant que E=30V.
3- Montrer que [pic]en déduire la valeur du courant de source [pic]
fourni par E' lorsque que [pic] est conducteur. Puis quand [pic]
est conducteur.
4- Quelle est la puissance dissipée dans la charge R ey la puissance
délivrée par la source E' ? En déduire le rendement théorique. B- Charge Inductive :
Que se passe-t-il si la charge devient inductive ? Représenter le
nouveau schéma pour la charge
RL
1- Représenter de manière corrélative la tension[pic],[pic],
[pic],[pic]Indiquer les intervalles de conduction de [pic],
[pic],[pic], [pic]
2- Quel est le rôle de[pic],[pic]
C- Charge Oscillante : (circuit RLC)
L'onduleur aliment au voisinage de la fréquence de résonance des
circuits résonnants amortis.
1- Sachant que L=10mH, déterminer la valeur de C pour obtenir la
résonance lorsque f=1kHz.
2- On admet que le courant [pic]dans la charge est sinusoïdal avec
[pic]=[pic] avec [pic]
- Tracer les courbes [pic] et [pic]à la fréquence de résonance.
- Calculer R de façon à avoir un courant efficace de I=2A
Exercice 2 : Onduleur Monophasé en pont : A- Etude de la charge : (RLC)
On étudie une charge composée d'une inductance L=60µH en série avec
une résistance R=10mOhm et un condensateur C=1087.3 µF. La
fréquence de fonctionnement de la tension d'alimentation de la
charge est fixée à f=600 Hz. La charge est alimentée par un
générateur de tension alternative de valeur efficace U=90 V.
1- Calculer le module Z de l'impédance de la charge.
2- Calculer l'intensité efficace du courant absorbé I.
3- Quelle est la puissance active consommée par la charge ?
4- Déterminer le facteur de puissance [pic] du circuit et le
déphasage de la tension [pic]par rapport au courant[pic].
B- Etude de l'onduleur:
La tension [pic]est générée par un onduleur autonome alimenté par la
batterie de force électromotrice E=100 V. L'onduleur est constitué de 4
interrupteurs électroniques [pic]fonctionnant simultanément deux par deux.
De 0 à [pic] : [pic] sont fermés et[pic] sont ouverts.
De [pic] à T : [pic] sont ouverts et[pic] sont fermés.
Les interrupteurs sont constitués d'un thyristor et d'une diode en
antiparallèle. Les composants sont supposés parfaits. 1- On admet que le courant dans la charge et sinusoïdal avec [pic] et
I=4400 A.
1- Indiquer les séquences pendant lesquelles les diodes et
thyristors sont passants.
2- Préciser si le mode de commutation des thyristors est naturel ou
forcé. 1- Représenter de manière corrélative et en fonction du temps :
Les courants : [pic]dans le thyristor [pic]
[pic]dans la diode [pic]
[pic]dans la source de tension E
La tension [pic]aux bornes de l'intérrupteur [pic] 2- Calculer les valeurs moyennes des intensités des courants dans un
thyristor, une diode et dans la source de tension continue E.
3- Montrer que la puissance active fournie par la source de tension
continue est :
[pic] ou [pic]est la valeur moyenne du courant [pic].
Calculer P. Etude d'un onduleur de secours Cet onduleur autonome et dit "convertisseur de dernier secours". Celui ci
permet de reconstituer un réseau alternatif 115 V / 400 Hz monophasé à
partir d'une batterie délivrant une tension continue UB.
Ce convertisseur indirect est constitué de deux étages :
. un onduleur en pont complet qui fournit la tension vMN(t) (figure 5), Le schéma de principe de l'onduleur est celui de la figure 5
[pic] Cahier des charges de l'onduleur de secours muni de son filtre de sortie
passe-bas : |Valeur efficace du fondamental de la |115 V |
|tension de sortie du filtre : VS1 | |
|Fréquence de sortie : f |400 Hz |
|Puissance apparente nominale de |1,0 kVA |
|sortie : | |
|Facteur de puissance |0,70 < cos ( ? 1 |
|Distorsion globale de la tension de |< 5 % |
|sortie : dg | | Etude des tensions de sortie de l'onduleur On envisage le cas d'une commande "pleine onde" selon la loi définie sur
le document réponse 1a.
1.1- Tracer le graphe de la tension vMN(t) sur le document réponse
1a.
1.2- Exprimer la valeur efficace VMN de vMN(t) en fonction de UB. La décomposition en série de Fourier de vMN(t) est la suivante : [pic]
2.1- Donner l'expression de v1(t), fondamental de vMN(t).
En déduire l'expression de sa valeur efficace V1 en
fonction de UB.
2.2- Quelle devrait être la valeur de UB pour obtenir V1 = 115 V ?
2.3- La distorsion globale de la tension de sortie vMN(t) dépend du
taux d'harmoniques :
Si V1 est la valeur efficace du fondamental de vMN(t)
et V2, V3, V4,... Vn,... les valeurs efficaces
des autres harmoniques de cette tension (certaines de
ces valeurs pouvant être nulles), la
distorsion globale dg est définie comme suit : [pic] (1) Comme [pic], on peut également écrire :
[pic] (2).
Calculer dg dans le cas précédent. 3- Le montage effectivement réalisé est un onduleur à modulation de
largeur d'impulsions (MLI). La commande des interrupteurs est définie
sur le document réponse 1b.
3.1- Tracer la tension vMN(t) correspondant à ce cas sur le document
réponse 1b.
3.2- Exprimer la valeur efficace VMN de vMN(t) en fonction de UB (on
pourra pour cela effectuer un
calcul d'aire).
3.3- La tension vMN(t) ne comporte pas d'harmonique de rang pair. Par
ailleurs les angles (1, (2,
(3, (4 et (5 sont choisis de manière à annuler les harmoniques
de rang 3, 5, 7, 9 et 11. Il en
résulte la décomposition en série de Fourier de vMN(t)
suivante :
[pic]
Donner l'expression de v1(t), fondamental de vMN(t).
Donner l'expression de sa valeur efficace V1 en fonction
de UB.
La distorsion globale qui correspond à ce deuxième cas
est dg = 49 %. Elle n'est donc pas
meilleure que la précédente. Elle rend donc nécessaire
la présence d'un filtre. ----------------------- E= 30volts T2 T1 Ic2 uc2 R ut2 ut1 E'=2E ic1 uc1 E'=2E