Onduleur : Electronique de puissance (Sujet N°=4)

Concours national d’accès au Doctorat LMD : Onduleur et electronique de puissance (Sujet d’examen de doctorat 4).

Sujets suggérés par Dr. Saad Khadar.

Exercice 1 : Onduleur de tension

Il est prévu d’examiner l’utilisation d’un onduleur de tension pour alimenter un moteur asynchrone (MAS) tétra-polaire alimenté par l’intermédiaire d’un pont redresseur à diodes comme illustré par la figure ci-après. Le montage vise à augmenter la vitesse du moteur de 0 à 3000 tr/min. Les condensateurs sont polarisés.

1. Sans calcul, donner l’expression de la tension moyenne ud(t) fournie par le pont redresseur en fonction de la valeur maximale de la tension du réseau Vm.
2. Montrer que les interrupteurs K11 et K12 du premier bras de l’onduleur fonctionnent nécessairement en complémentation.
3. Montrer que les interrupteurs de l’onduleur doivent être unidirectionnels en tension et bidirectionnels en courant.
4. Afin de couvrir la plage de vitesses souhaitée, donne la plage de fréquences à générer [0 – 3000] tr/min.
5. En supposant que chaque phase du moteur est alimentée par une tension simple de valeur efficace de 140V, déterminer les fréquences qu’il faut générer pour entrainer le moteur sans charge au voisinage de 1000 tr/min et 2000 tr/min.
6. Calculer le couple moteur développé en charge pour entrainer celui-ci à 2000 tr/min lorsque Id =25A et Udo =300V (On suppose que les différents type de pertes sont négligeables dans le moteur et dans le convertisseur).

Exercice 2 : Hacheur

Soit le montage de la figure suivante représentant un convertisseur statique à deux interrupteurs T1-T2 et deux diodes D1-D2 permet de transférer l’énergie d’une source continue vers l’induit d’un moteur à excitation indépendante.

L’induit peut être considéré comme un récepteur de résistance R et d’inductance L qui développe une force contre électromotrice E. Commande des interrupteurs T1 et T2 :

On a 0<t≤ \alpha T: T1 et T2 fermés et \alpha T≤t<T: T1 et T2 ouverts).

Avec: \alpha est le rapport cyclique. A l’instant t=0 le courant Is(0)=0A, \alpha =0.5, 3\ast\tau =3(L/R)-0.25+T, E=200V et V=220V.

1. Déterminer l’expression du courant i_s sur une période T.
2. Tracer l’allure de la tension u_s au borne de RLE sur une période.
3. Représenter sur une période la forme du courant i_s, iD5 et iT1
4. Tracer la caractéristique statique de l’interrupteur T1.
5. Déduire la valeur de la tension moyenne en fonction de E et Ve.

Exercice 3 : Gradateur monophasé

Les deux thyristors d’un gradateur monophasé alimentant une charge résistive (R) sont opérés avec des angles d’amorçages différents pour chacun d’eux ( \alpha_1\neq\alpha_2 ). L’expression de : doit être trouvée en fonction de la valeur efficace de V, \alpha_1 , \alpha_2 et éventuellement R.

1. La valeur efficace du courant et de la tension;
2. La puissance active moyenne de la charge.

Exercice 4 : Redresseur double alternance

Soit le pont redresseur double alternance à diodes schématisé par la figure suivante:

On donne : V_E(wt) =√2 .230 sin(wt)V; w=2πƒ = 2πб0 rad/s; L = ∞H (inductance supposée infinie); R = 49Ω; E = 80V.

1. Trouver la valeur moyenne de la tension et le courant;
2. Si on remplace les diodes par des thyristors, alors calculer la valeur moyenne de la tension et le courant; prendre l’angle d’amorçage ( \alpha =30°);
3. Si on remplace les deux diodes du bras gauche du pont par des thyristors, alors tracer et calculer la valeur moyenne de la tension et le courant de la charge; prendre l’angle d’amorçage ( \alpha =30°);

Exercice 5 : Redresseur monophasé

Soit le redresseur monophasé à absorption un courant sinusoïdal suivant :

Avec Vr(t)=V_{rM}\sin(\omega_{BF}t) et Lr est négligeable.

1. Quel est l’objectif des redresseurs à commande MLI :
2. Donner l’expression du rapport cyclique, \alpha(t) pour assurer un courant, Ie(t)=I_{eM}\sin(\omega_{BF}t) .
3. Tracer l’allure de \alpha(t) , si \omega_{BF}=100\pi , Vo=100V, VrM=90V avec L\omega_{BF}I_{eM}<<V_{rM} .

Exercice 6 : Redresseur P3 à thyristors

Le secondaire en étoile d’un transformateur triphasé fournit les trois tensions V1, V2 et V3 sont redressees par un montage redresseur P3 à thyristors.

1. Donner l’allure de la tension Ud pour α=60.
2. Trouver la valeur moyenne de tension redressée Umoy.

FIN