Cyclo-convertisseur : Electronique de puissance (Sujet N°=3)

Concours national d’accès au Doctorat LMD : Cyclo-convertisseur et electronique de puissance (Sujet d’examen de doctorat 3).

Sujets suggérés par Dr. Saad Khadar.

Exercice 1 : Questions

1. Quelles sont les conditions d’amorçage d’un thyristor ordinaire?
2. Quelles sont les conditions de blocage d’un thyristor ordinaire?
3. Comment on peut protéger les interrupteurs semi-conducteurs de puissance contre la variation rapide de la tension a l’état bloque?
4. Comment on peut protéger les interrupteurs semi-conducteurs de puissance contre la variation rapide du courant a la fermeture?
5. Quelle est l’avantage de la commande MLI par rapport a la commande pleine onde des onduleurs triphasés?
6. Donner le rôle de la diode de roue libre?
7. Quelle est l’inconvénient principale de l’utilisation des redresseur sur le réseaux d’alimentation?
8. Mentionner la différence entre un thyristor ordinaire et un thyristor GTO?
9. Quelle est la différence entre un gradateur triphasé et un cyclo-convertisseur triphasé?
10. Expliquer le phénomène d’empiétement dans les redresseur triphasé P3.

Exercice 2 : Cyclo-convertisseur

Soit le circuit cyclo-convertisseur ci-contre qui délivre une sortie monophasé à taux d’ondulation trois. Si la tension de référence est : V_L^\ast=v{}_d\sin(\omega{}_dt) .

i\left(t\right)=\sum_{1,\;3,..n}^K\frac{KI}n\sin\left(nwt\right) .

Où : \omega>\omega_d avec \omega=100\pi .

1. Déterminer l’expression de l’angle de retard, \alpha dans chaque demi période (Td) de commande
2. Tracer approximativement la forme d’onde de VL si \omega=4\omega_d . En utilisant le schéma ci-dessous.

Exercice 3 : Onduleur monophasé

L’onduleur monophasé 5 niveaux montré dans la figure ci-dessous alimente une charge (R-L), R=8Ω et L=0.02H à partir de deux sources de tension continue E=200 V. L’onduleur fonctionne à f=50 Hz (T=1/f). On utilise la commande à pleine onde et les deux angles de commutation sont α₁=30° et α₂=60°.

1. Durant la première période de conduction déterminer :

• Les signaux de commande pour les transistors.
• Les formes d’ondes de la tension et du courant de charge.
• La forme d’onde du courant de la source.

2. Donner l’architecture d’un onduleur triphasé utilisant trois onduleurs monophasés et déterminer la tension de sortie en fonction des tensions des onduleurs monophasés.
3. Déterminer le principe avec schéma de la commande MLI d’un onduleur triphasé à trois bras.

Exercice 4 : Hacheur

Considérons le montage suivant, H est un hacheur disposé en parallèle et commandé dans [0, \alpha T]. C est supposé de valeur suffisante pour que U soit constante. La charge est un moteur à courant continu de fem =h.Ω et de résistance d’induit négligeable, entraînant une charge lui imposant un couple résistant Tr=kΩ.

1. Déterminer la vitesse de rotation Ω en fonction de \alpha .
2. Comment varie lm en fonction de a (régime permanent).
3. Tracer les ondes de Im, iH et id sur la période T.
4. Déterminer les valeurs moyennes Im, iH et ip en fonction de \alpha , [ \alpha : rapport cyclique].

Exercice 5 : Redresseur monophasé

Soit le redresseur représenté sur la figure ci-contre. La charge est supposée très inductive de manière que le courant de la charge est parfaitement continu. Les interrupteurs sont supposés idéaux.

On donne : Vs=220V/50Hz, \alpha =90° et Ich=10A.

1. Indiquer les interrupteurs passants sur une période.
2. Tracer sur le mémé graphique les allures des tensions Vch, VT3, et le courant de la source i_s.
3. Calculer la valeur moyenne de la tension de la charge Vmoy.
4. Calculer la valeur efficace i_s du courant de la source.
5. En déduire le facteur de puissance de la source FP.

Exercice 6 : Redresseur monophasé contrôlé

Soit le montage ci-dessous représentant un redresseur monophasé contrôlé. Le convertisseur permet de transférer l’énergie d’une source de tension alternative vers un récepteur de type courant (RL).

La structure étudiée est composée d’un IGBT (transistor bipolaire à grille isolée) et de huit diodes (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7 et D8). Avec: Vs(t)=V.sin(wt), V=311V, f=50Hz; L=0.22H et Rch=193Ω. Ich( \theta )=0A

1. Déterminer les expressions des courants (ich, Is) et des tensions (V1, V2) pour chaque séquence de commande de l’interrupteur K.

• K : fermé [0, T/4[ et K : ouvert ]T/4, T/2[.
• K : fermé ]T/2, 3T/4[ et K : ouvert ]3T/4, T].

2. Représenter graphiquement l’évolution des tensions Vs( \theta ), V1( \theta ), V2( \theta ), Ich( \theta ), Is( \theta ).
3. Calculer la valeur efficace de la tension V2.
4. Donner la valeur moyenne de la tension V2.
5. Conclure (type de conversion)?

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