redressement commandé -...

13
Redressement commandé Exercice 1 On donne ci-dessous le chronogramme de la tension aux bornes de la charge u C .( 10 V / div ) La fréquence du signal u issue du transformateur est de 50 Hz. De plus, on donne E = 0,13 n ( n en tr/mn ) et R = 2. Enfin, on supposera le lissage parfait et i = I = 1 A 1. Déterminer graphiquement l’angle d’amorçage ϑ 0 . 2. Calculer alors la valeur moyenne de la tension < U C > = π MAX U ( 1 + cos ϑ 0 ) 3. En déduire alors la vitesse du moteur dans ces conditions 4. Pour quel angle d’amorçage la vitesse est-elle maximale ? Calculer alors cette vitesse n max 5. Calculer l’angle d’amorçage de démarrage ϑ 0 démarrage . Exercice 2 : BAC 2004 La tension de sortie du transformateur est sinusoïdale de valeur efficace 1200 V Le courant d'intensité i C absorbé par le moteur ( charge ) est parfaitement lissé ( i C = I C ) L'angle de retard d'amorçage θ 0 défini par rapport à la commutation naturelle est égal à θ 0 = 30 ° - 1 - u 2 T H1 T H2 D 1 D 2 i D1 i T1 i M u c i C u L u M

Upload: others

Post on 11-Sep-2019

14 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

Redressement commandé

Exercice 1

On donne ci-dessous le chronogramme de la tension aux bornes de la charge uC.( 10 V / div ) La fréquence du signal u issue du transformateur est de 50 Hz. De plus, on donne E = 0,13 n ( n en tr/mn ) et R = 2Ω. Enfin, on supposera le lissage parfait et i = I = 1 A

1. Déterminer graphiquement l’angle d’amorçage ϑ0.

2. Calculer alors la valeur moyenne de la tension < UC > = πMAXU

( 1 + cos ϑ0 )

3. En déduire alors la vitesse du moteur dans ces conditions4. Pour quel angle d’amorçage la vitesse est-elle maximale ? Calculer alors cette vitesse nmax

5. Calculer l’angle d’amorçage de démarrage ϑ0 démarrage.

Exercice 2 : BAC 2004La tension de sortie du transformateur est sinusoïdale de valeur efficace 1200 VLe courant d'intensité iC absorbé par le moteur ( charge ) est parfaitement lissé ( iC = IC )L'angle de retard d'amorçage θ0 défini par rapport à la commutation naturelle est égal à θ0 = 30 °

- 1 -

u2

TH1

TH2

D1

D2

iD1

iT1i M

uc

iC

uL

uM

Page 2: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

1. Dessiner sur le doc réponse ci-dessus la forme d'onde de la tension redressée uC

2. Dessiner, en concordance de temps avec la tension précédente, les formes d'onde des courants dans les thyristors TH1 et dans la diode D1. Vous prendrez soin d'indiquer les intervalles de conduction de chaque interrupteur ainsi que la nature des phases de fonctionnement ( A : alimentation, RL : roue libre )

3. En déduire l'allure du courant en entrée i ( t ) . Quel type d'appareil doit-on utiliser pour mesurer sa valeur efficace ?

4. On donne l'expression de la valeur moyenne < uC >de la tension uC ( t ) :

< uC > = max2U . π

ϑ 0cos1 +

Comment peut-on la mesurer ? 5. Donner l'expression de la puissance active P absorbée par le moteur en fonction de θ0. Pour quelles valeurs de θ0

cette puissance est-elle maximale ou minimale ?

- 2 -

Page 3: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

Exercice 3

On suppose que l’inductance de lissage en série avec l’induit est suffisamment grande pour que le courant dans l’induit soit parfaitement lissé. On relève les oscillogrammes de grandeurs figurant sur ce schéma

1. Donner le nom des grandeurs représentées : ex y1 = ucharge, …

2. Tracer sur le chronogramme les intervalles de conduction des thyristors

- 3 -

icharge

Mu

chargev

TH1

TH4

TH3

iT3i

T4

iT1 i

T2i

TH2

Y2

Page 4: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

3. Déterminer graphiquement θ0 4. Indiquer sur les deux schémas de branchement de l'oscilloscope et de la résistance de visualisation RV que l'on

utilise pour relever simultanément v et iT3, puis u et I. L'oscilloscope a une seule voie inverseuse Y1

5. On rappelle que < U > = πmax2V

. cos θ0 En déduire pour quelles valeurs de θ0 (comprises entre 0 et π ) il y a

fonctionnement :a. en redresseurb. en onduleur assisté

Justifier les réponses

6. Quelle relation il y a t_il entre uMOTEUR et < U > ? En déduire une relation entre θ0 et UMOTEUR .7. Si Veff = 230 V, sachant que n = 14,3 UMOTEUR -143 ( n exprimée en tr/ mn ) , déterminer l'expression numérique de

n en fonction de cos θ0

8. Quelle est la valeur maximale atteinte par UMOTEUR ? En déduire alors nMAX

9. Calculer UMOTEUR au démarrage. Quelle est alors la plage de variation de θ0 pour que le moteur tourne à une vitesse comprise entre 0 et nMAX ?

- 4 -

ϑ0

π + θ0

θ

TH1

TH2

TH3

TH4

π 2π 2π + θ0

icharge

Mu

chargev

TH1

TH4

TH3

iT3

iT4

iT1 i

T2i

TH2

icharge

Mu

chargev

TH1

TH4

TH3

iT3

iT4

iT1 i

T2i

TH2

Page 5: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

Exercice 4 : BAC 2005

- 5 -

Page 6: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

- 6 -

Page 7: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

1.

- 7 -

Page 8: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

Exercice 5 : BAC 2003 Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma est donné sur la figure 2 de l'annexe 1.Les thyristors sont supposés parfaits. La commande des gâchettes n'est pas représentée.Une sonde de courant de sensibilité 100 mV/A est utilisée pour visualiser à l'oscilloscope le courant dans la charge. Simultanément, on visualise la tension u aux bornes de la charge. L'oscillogramme obtenu est représenté sur la figure 3 de l'annexe 1.La charge du pont redresseur est constituée de l'induit d'un moteur à courant continu à aimants permanents et d'une bobine de lissage considérée comme parfaite. La force électromotrice E du moteur est proportionnelle à la vitesse de rotation E = 18x10-3n (E en V et n en tr/min). La résistance de l'induit du moteur est R = 0,2 Ω. Le moteur entraîne une charge lui imposant un courant d'intensité supposée constante.

1. Déterminer l'intensité i (supposée constante et égale à I) du courant dans la charge ainsi que l'angle de retard θ0 à l'amorçage des thyristors.

2. Représenter sur le document réponse 2 :

2. a. les chronogrammes de iTh1 , iTh4 et i2 sur une période et en concordance de temps avec la tension source u2 ;2.b. les intervalles de conduction des quatre thyristors sur une période.

- 8 -

Page 9: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

3. Exprimer la tension u aux bornes de la charge en fonction de E, R et uL (tension aux bornes de la bobine). Montrer que < u > correspond à la tension aux bornes de l'induit du moteur (< u > désigne la valeur moyenne de la tension u ).

4 . La courbe < u > = f (ϑo) est fournie sur la figure 4 de l'annexe 2.4. a. Déterminer < u > pour le retard à l'amorçage de la question 1. 4.b. En déduire la vitesse de rotation n du moteur.

4.c. Comment fonctionne le pont si θ0 > 2π

? Calculer la puissance fournie par le pont si θ0 = 120 °

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

- 9 -

Figure 3

Figure 4

Page 10: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

Exercice 6Partie A

On considère le montage redresseur en pont de Graëtz tout thyristors représenté sur la figure F3 , alimenté par la tension v(t) = V sin (2πt/T) représentée graphiquement sur la figure F4 .

Les thyristors 1 et 3 sont déclenchés aux l’instants to + nT (n nombre entier), les thyristors 2 et 4 aux instants to + T/2 + nT. L’instant to figure sur les différentes figures, toutefois sa valeur ne sera pas déterminée graphiquement. 1. Déterminer numériquement les paramètres V et T de v(t) si la valeur efficace de cette tension vaut 24 V et sa fréquence

50 Hz.

2. Représenter sur le document-réponse R2 l’allure de la tension uc(t) si la charge est une résistance pure R (L = 0).

3. Représenter sur le document-réponse R3 l’allure de la tension uc(t) si la charge R – L contient une inductance de lissage L suffisamment forte pour qu’il soit possible de considérer le courant dans cette charge parfaitement continu et égal à tout instant à la valeur Ic.

On conserve la situation du 3. ci-dessus (charge R – L) dans toute la suite de ce problème II – A.

4 Expliquer pourquoi la valeur efficace de la tension uc(t) est la même que celle du signal sinusoïdal avant redressement

5. Si V = 34 V, déterminer la valeur de l’instant to pour que la valeur moyenne <uc(t)> de la tension aux bornes de la charge uc(t) soit égale à 15,3 V.

6. L’instant de déclenchement peut-il dépasser la valeur T / 4 ? Justifier votre réponse.

7. Quel type de voltmètre peut-on utiliser pour mesurer <uc(t)> ? Préciser le réglage nécessaire.

8. Représenter sur le document-réponse R4 les branchements de l’oscilloscope permettant de visualiser simultanément la tension uc(t) et l’intensité du courant ic(t)

9. Représenter sur le document-réponse R5 l’allure du courant i1(t) dans le thyristor 1.

10. Représenter sur le document-réponse R6 l’intensité du courant i(t) dans le circuit d’alimentation.

11. Que vaut la valeur moyenne <i(t)> de l’intensité de ce dernier courant i(t) ? Justifier votre réponse.

Partie B

On considère le montage redresseur en pont de Graëtz mixte représenté sur la figure F5 , alimenté par la tension v(t) = V sin (100 πt) représentée graphiquement sur la figure F4 (fréquence 50 Hz).

Le thyristor 1 est déclenché aux l’instants to + nT (n nombre entier), le thyristor 2 aux instants to + T/2 + nT. L’instant to figure sur les différentes figures, toutefois sa valeur ne sera pas déterminée graphiquement. 1. Représenter sur le document-réponse R7 l’allure de la tension uc(t) si la charge est une résistance pure R (L = 0).

2. Représenter sur le document-réponse R8 l’allure de la tension uc(t) si la charge R – L contient une inductance de lissage L suffisamment forte pour qu’il soit possible de considérer le courant dans cette charge parfaitement continu et égal à tout instant à la valeur Ic.

- 10 -

Page 11: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

Figures

π+

π> =<

T.2

cos1V)t(v t0

> =<

TVtv t0

.2cos

ˆ2)(π

π

F1 Valeur moyenne de cette tension v(t) F2 Valeur moyenne de cette tension v(t)

th2

th3th4

i4(t) i3(t)v(t)

th1

i1(t)

i(t)i2(t)

R

ic(t)

uc(t)

L

F3 Pont « tout » thyristors » F4 Tension d’alimentation v(t)

th2

D3D4

i4(t) i3(t)v(t)

th1

i1(t)

i(t)i2(t)

R

ic(t)

uc(t)

L

F5 Pont mixte

- 11 -

t0

t0t0

T/2 t0+T/2 T

v(t)

t

V

t0t0t0 T/2 t0+T/2 T

v(t)

t

V

t0t0 T/2 t0+T/2 T t

v(t)V

Page 12: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

Document réponse n°1 n° de candidat :

0

10

20

30

40

Tu(n) en N.m

n en tr/mn1900 2000 2100 2200

R1 Caractéristique mécanique Tu= f(n) R2

th2

th3th4

i4(t) i3(t)v(t)

th1

i1(t)

i(t)i2(t)

R

ic(t)

uc(t)

L

R3 Allure de la tension uc(t)Charge R-L, pont « «tout thyristors » R4 Visualisation à l’oscilloscope

de uc(t)et de ic(t)

R5 Allure de l’intensité i1(t)Charge R-L, pont « «tout thyristors » R6 Allure de l’intensité i(t)

Charge R-L, pont « «tout thyristors »

- 12 -

T

T

uc(t)uc(t)

uc(t)uc(t)uc(t)uc(t)

t

tt

V

VV

T/2

T/2T/2

t0+T/2

t0+T/2

V−

V−V−

v(t)

v(t)v(t)

-v(t)

-v(t)-v(t)

t0

t0

T

I1c(t)

tT/2T/2 t0+T/2t0t0

Ic

-Ic

T

ic(t)

tT/2T/2 t0+T/2t0t0

Ic

-Ic

to

Page 13: Redressement commandé - physiquelannion.wifeo.comphysiquelannion.wifeo.com/documents/redressement-command.pdf · Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma

Document réponse n°2 N° du candidat :

R7 Allure de la tension uc(t)charge R, pont « mixte » R8 Allure de la tension uc(t)

charge R-L, pont « mixte »

- 13 -

T

uc(t)uc(t)

t

V

T/2 t0+T/2

V−

v(t)

-v(t)

T

uc(t)uc(t)

t

V

T/2 t0+T/2

V−

v(t)

-v(t)

to to