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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
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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.
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Universit des Sciences et de Technologie Houari BoumedieneFacult
dElectronique et dInformatique
TD N023 me Anne ELT/LGE
ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT DIODES
Dr. F.Bouchafaa 2011/2012 MEL502 / LGE6042
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
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dElectronique et dInformatique
TD N023 me Anne ELT/LGE
ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT DIODES
Dr. F.Bouchafaa 2011/2012 MEL502 / LGE6043
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
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dElectronique et dInformatique
TD N023 me Anne ELT/LGE
ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT DIODES
Dr. F.Bouchafaa 2011/2012 MEL502 / LGE6044
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.
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dElectronique et dInformatique
TD N033 me Anne ELT/LGE
ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT THYRISTORS
Dr. F.Bouchafaa 2011/2012 MEL502 / LGE6045
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
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dElectronique et dInformatique
TD N033 me Anne ELT/LGE
ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT THYRISTORS
Dr. F.Bouchafaa 2011/2012 MEL502 / LGE6046
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
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dElectronique et dInformatique
TD N033 me Anne ELT/LGE
ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT THYRISTORS
Dr. F.Bouchafaa 2011/2012 MEL502 / LGE6047
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
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TD N033 me Anne ELT/LGE
ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT THYRISTORS
Dr. F.Bouchafaa 2011/2012 MEL502 / LGE6048
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
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Universit des Sciences et de Technologie Houari BoumedieneFacult
dElectronique et dInformatique
TD N043 me Anne ELT/LGE
ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT MIXTE
Dr. F.Bouchafaa 2011/2012 MEL502 / LGE6049
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
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TD N043 me Anne ELT/LGE
ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT MIXTE
Dr. F.Bouchafaa 2011/2012 MEL502 / LGE60410
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
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dElectronique et dInformatique
TD N053 me Anne
ELT/LGE
ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT TRIPHASE E
Dr. F.Bouchafaa 2011/2012 MEL502 / LGE60411
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)
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dElectronique et dInformatique
TD N053 me Anne
ELT/LGE
ELECTRONIQUE DE PUISSANCEREDRESSEMENT TRIPHASE E
Dr. F.Bouchafaa 2011/2012 MEL502 / LGE60412
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
-
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dElectronique et dInformatique
TD N063 me AnneELT/LGE
ELECTRONIQUE DE PUISSANCEGRADATEUR
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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
-
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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
-
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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
-
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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
-
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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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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