Hacheur : Electronique de puissance (Sujet N°=2)

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Concours national d’accès au Doctorat LMD : Hacheur et electronique de puissance (Sujet d’examen de doctorat 2).

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Exercice 1 : Hacheur

Soit les hacheurs presentés par les deux figures suivantes :

Hacheur
  1. Tracer la forme des grandeurs montrées sur les deux figures en conduction continue et discontinue : (VT, Vd, VL, IL, IT, id).
  2. Donner l’expression de la valeur moyenne de la tension de sortie pour chaque cas.
  3. Comparer les deux montages.
  4. Le circuit presenté par la figure ci-dessous peut assurer les deux fonctions des deux montages précedents, comment ?
Hacheur 2

Exercice 2 : Hacheur à thyristors

Un récepteur à courant continu présente une fém E constante et une résistance de 0.3Ω; il est alimenté à partir d’un générateur de 600V par l’intermédiaire d’un hacheur à thyristors dont la fréquence fest de 300 Hz et le rapport cyclique de 0.5.

Hacheur à thyristors
  1. Calculer:
  • La fé.m E sachant que le courant I dans le récepteur filtré par une inductance L a une valeur moyenne de 80A;
  • L’inductance L pour que l’ondulation \frac{\triangle i}I de i soit de 3%. (on confondra dans ce calcul Ri et R\overline I ).
  1. Entre le générateur et le hacheur on dispose un filtre L0C0; on suppose que 1/C0w=L0w, avec w= 2\pi f .
  • Quel est alors pratiquement le courant débité par le générateur?
  • Quel qualificatif peut-on donner au filtre?
  1. Le dispositif de blocage du thyristor principal est celui de la figure 2.
Hacheur
  • Calculer la valeur minimale de C’ si Th a un temps de désamorçage égal à 100μs.
  • C ayant la valeur minimale précédent déterminer la plus grand valeur que l’on peut donner à l’inductance l si alph doit varier entre 0.1 et 0.9.
  1. Pour commander le hacheur on dispose d’une tension en dents de scie varient entre 0 et 10V.
  • Entre quelles limites doit se situer la tension de commande ?
  • La tension en dents de scie est obtenue en chargeant un condensateur C’ de capacité 1uf. Quelle doit être l’intensité constante i’ du courant de charge?

Exercice 3 : Convertisseur direct

On propose d’étudier le fonctionnement du convertisseur direct de la figure ci-dessous tout en admettant que la capacité de filtrage C est suffisante pour garantir une tension de sortie sans ondulations. On suppose également que le transformateur utilisé est constitué de trois bobines de résistances négligeables montées sur un circuit magnétique linéaire. Le transistor Tr est commandé durant l’intervalle [0, \alpha T] où a est le rapport cyclique du convertisseur et Ts sa période de découpage. A l’état initial, on admet que la diode DRL est passante et que le flux dans le circuit magnétique est nul.

Convertisseur direct
  1. Tracer sur une période de fonctionnement les allures des tensions v1(t), v2 (t), V3(t) et vT(t) et celles des courants i1(t), i2(t), i3(t) et iL(t).
  2. Exprimer la tension Ud en fonction de E, \alpha , n1, et n2.

Exercice 4 : Redresseur triphasé

Un pont PD3 à 6 diodes est branché sur un réseau triphasé 380V-50Hz par l’intermédiaires d’un transformateur DY; il alimente un récepteur de fém E=120V de résistance R=0.2Ω et d’inductance L.

  1. On désire que le récepteur soit traversé par un courant ininterrompu i de valeur moyenne 50A.
  • Calculer l’amplitude des tensions simples du secondaire.
  • Déterminer pour le transformateur supposé parfait : Le rapport de transformation phase à phase et La puissance apparente.
  1. On étudie la tension u aux bornes du récepteur.
  • Préciser : sa fréquence (en Hz) et sa valeur maximale Û et sa valeur minimale Ŭ.
  • On admet que le fondamental de u (de période angulaire 60°) a une amplitude Ûf, voisine de 1/2(Û – Ŭ). En négligeant l’influence de R, déterminer la valeur de L pour que le taux d’ondulation soit de 5%.
  1. On néglige désormais les ondulations (devant sa valeur moyenne).
  • Construire le graphe du courant dans l’un des fils d’alimentation.
  • Quelle conclusion peut-on tirer de la forme du graphe précédent?
  1. Pour une charge résistive, que deviennent la forme d’onde de la tension redressée u:
  • Si on supprime une diode,
  • Si on supprime deux diodes réunies à la même borne secondaire,
  • Si on supprime deux diodes, une de chaque série, reliées à des bornes différentes.

Exercice 5 : Redresseur monophasé

Dans un pont redresser à thyristors monophasé (PD2), on a un angle d’empiétement μ=30 pour \alpha =0 à un courant donné. Vm=220V, f=50 Hz.

Redresseur monophasé
  1. Donner μ pour \alpha =45 sachant que ld reste constant.
  2. Tracer les allures de Ud pour \alpha =0, \alpha =45.
  3. Donner les allures du courant au secondaire du transformateur pour \alpha =0, \alpha =45.

Exercice 6 : Onduleur triphasé

Un onduleur triphasé en pont alimente une charge purement résistive R=10Ω montée en triangle à partir d’une source continue E=100V. L’onduleur fonctionne avec une fréquence de 50Hz et une commande de 120°.

 Onduleur triphasé
  1. Tracer les signaux de commande des interrupteurs.
  2. Dessiner l’allure de la tension composée Vab.
  3. Donner les allures des courants IT1, ID1, iab, ia el is.
  4. Calculer la valeur efficace de la tension composée Vab·

FIN

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