EEP ET3 Eval2 RED HACH OND 12-13

IUT de Marseille – Département GEII de Salon de Provence – 2° Année ET3 – Evaluation d’Electrotechnique n°2
REDRESSEUR, HACHEUR, ONDULEUR
COURS
NOM :__________________
Tous les documents sont interdits.
Calculatrice "collège" autorisée.
Rendre le sujet avec la copie.
1) Les composants de puissance
1.1)
1.2)
Donner les conditions d’amorçage et de blocage d’un thyristor.
Donner le nom du composant de puissance le plus récent.
2) Les harmoniques
2.1) Pour un système monophasé où la tension est sinusoïdale et le courant carré, donner
l'expression de la puissance apparente en fonction des autres types de puissance . Vous
donnerez les unités de toutes les puissances qui interviennent.
2.2) Citer un effet néfaste des harmoniques conduites
3) Convertisseur DC/AC
Citer un intérêt à utiliser une commande en MLI pour un onduleur.
4) Convertisseur DC/DC
Quel est l'intérêt d'utiliser un hacheur quatre quadrants?
5) Convertisseur AC/DC
Citer la principale différence entre un pont double monophasé tout thyristor et un tout diode
(hormis qu’ils n’ont pas le même type de composants…) ?
Lionel Isoard
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EXERCICE 1
Soit le Pont PD2 suivant :
Ic
Zc est une charge de type
RLE.
Is
Th1
Th2
Zc
D
V
Th4
Uc
Th3
V(θ) = √2Vsinθ
avec θ = ωt
V(θ) de fréquence 50 Hz et
de valeur efficace 400 V.
Les thyristors et la diode sont supposés parfaits. Th1 et Th3 d'une part et Th2 et Th4 d'autre part
sont commandés de manière complémentaire. Le retard à l'amorçage est noté ψ .
On admet que la charge est fortement inductive et donc que le courant qui la traverse est continu
noté Ic.
Pour 0 < θ < ψ , on a Uc(θ) = 0 et de ψ < θ < 180°, on a Uc(θ) = V(θ)
Pour 180° < θ < 180°+ ψ , on a Uc(θ) = 0 et de 180° + ψ < θ < 360°, on a Uc(θ) = -V(θ)
La question 4) est indépendante des autres.
1) Pour un angle d'amorçage de ψ = 90°, la tension Uc et le diagramme de conduction des
composants sont représentés sur le document réponse de l'annexe 1.
Expliquer clairement pourquoi la diode D est passante pour 0° < θ < 90°
Pour un angle d'amorçage de ψ = 90°, représenter sur le document réponse de l'annexe 1 le
courant Is.
2) Démontrer que pour une valeur quelconque de ψ on a Ucmoyen =
3) Démontrer que pour une valeur quelconque de ψ on a Iseff = Ic
V 2
(1 + cos ψ )
π
π −ψ
π
4) Nous souhaitons avoir le point de fonctionnement suivant sur la charge :
Ic = 50 A et Ucmoyen = 180 V
4.1) Déterminer le retard à l'amorçage ψ nécessaire.
4.2) Calculer la puissance monophasée PAC absorbée par le redresseur en considérant que son
rendement est de 100%.
4.3) Calculer la valeur efficace Iseff débitée par le réseau.
4.4) Calculer la puissance apparente S consommée par le redresseur. En déduire le facteur de
puissance Fp = P/ S du redresseur. Est-ce un bon facteur de puissance ? Pourquoi?
Lionel Isoard
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4.5) Tracer en vert sur la courbe du Is du 1) la forme de Is fond , le fondamental du courant Is
(harmonique de rang 1). Placer ϕfond le déphasage de Is fond par rapport à V. Expliquer
pourquoi on a ϕfond = ψ/2.
4.6) En utilisant les questions précédentes, calculer la valeur efficace Iseff fond du fondamental
du courant débité par le réseau.
4.7) Calculer les puissances réactive Q et déformante D consommées par le redresseur.
En faisant varier ψ, est-ce que ces puissances varient? Pourquoi?
Annexe 1
V(θ)
Uc(θ)
θ
ψ = 90°
D
Is(θ)
Th1
Th3
D
Th4
Th2
Ic
θ
-Ic
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EXERCICE 2
Soit l’onduleur monophasé dont le schéma de principe est le suivant :
Les interrupteurs électroniques
K1, K2, K3 et K4 sont commandés
périodiquement avec une
fréquence de 50 Hz.
Chaque interrupteur électronique K est composé d'un interrupteur commandé H et d'une diode D en
antiparallèle afin de permettre la conduction dans les deux sens.
Les interrupteurs commandés et
les diodes sont considérés
parfaits.
L'onduleur est alimenté par une
source de tension continue E.
1. On utilise la commande suivante
Sur l'intervalle [0; T/2], K1 et K3 sont fermés, K2 et K4 ouverts.
Sur l'intervalle [ T/2 ;T], K2 et K4 sont fermés, K1 et K3 ouverts.
La tension u aux bornes de la charge et l'intensité i du courant qui la traverse sont représentées sur le
document réponse 1 .
1.1)
Calculer la valeur moyenne Umoy de la tension u aux bornes de la charge. Est ce normal ?
Comment s’appelle la stratégie de commande de cet onduleur ?
1.2) Soit le développement en série de Fourier de la tension u(t) :
U (t ) =
Lionel Isoard
4E 
1
1

sin
ω
t
+
sin
3
ω
t
+
sin 5ωt + .....

3
5
π 

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1.2.1)
Tracer précisément en rouge u1(t), fondamental de u(t) (harmonique de rang 1), sur le
document réponse 1 et donc avec la même échelle que u(t).
1.2.2)
Calculer la valeur de E pour avoir u1 efficace de 230 V.
1.2.3)
Donner les fréquences des trois premiers harmoniques de u(t) après le fondamental.
1.3) La charge impose un courant sinusoïdal d'intensité i de valeur maximale Imax = 6 A.
1.3.1)
Calculer la valeur efficace I du courant.
1.3.2)
Le courant est en avance ou en retard par rapport à la tension u ? En déduire si la
charge est capacitive ou inductive.
1.4). Fonctionnement de l'onduleur lorsque les interrupteurs K1 et K3 sont fermés (intervalle d'étude
[0 ;T/2]).
1.4.1).
Donner une relation liant u à E.
1.4.2)
Le courant traversant la charge n'a pas toujours le même sens lorsque K1 et K3 sont
fermés.
En s'appuyant sur le document réponse 1, préciser les intervalles de temps durant lesquels le
courant dans la charge va de B→A, puis de A→B.
En déduire, pour chacune des situations, les éléments passants (diode ou interrupteur
commandé).
1.5) Compléter le document réponse 1 , en précisant les éléments conducteurs (diode ou interrupteur
commandé) pour chaque intervalle et sur une période de fonctionnement.
2. Etude de l'intensité iG du courant fourni par la source de tension continue.
2.1) Sur l'intervalle [0 ; T/2], quelle est la relation entre iG et i ?
2.2) Sur l'intervalle [T/2 ; T], quelle est la relation entre iG et i ?
2.3) Tracer iG(t) sur le document réponse 1 .
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