Redresseur : Electronique de puissance (Sujet N°=1)

Concours national d’accès au Doctorat LMD : Redresseur et electronique de puissance (Sujet d’examen de doctorat 1).

Sujets suggérés par Dr. Saad Khadar.

Exercice 1 :

Un pont redresseur monophasé (commandé) alimente une charge aves un courant qui peut être considéré parfaitement continu (i( \theta ) =I= cte). La tension d’alimentation est V(t)= V. sin(wt). Les thyristors sont supposés parfaits.

1. Pour un angle de retard à l’amorçage 120, représenter (sur 3 \pi ) l’allure de la tension de sortie Uc et préciser les intervalles de conduction pour chaque thyristor.
2. Calculer la valeur moyenne de Uc ( \theta ) en fonction de V et \theta .
3. Déterminer la puissance moyenne dissipée dans la charge en fonction de Ucmoy, I et \theta .
4. Est-ce-que ce montage est réversible ?
5. Discuter le fonctionnement de ce redresseur pour les valeurs suivantes de [0, \pi /2] et ] \pi /2, \pi [.
6. Pour un angle d’amorçage = 0, on donne l’allure et la décomposition en série de Fourrier pour le courant de source i(t): i\left(t\right)=\sum_{1,\;3,..n}^K\frac{KI}n\sin\left(nwt\right) .

• Déduire le facteur de déplacement de ce courant et justifier votre réponse.
• Calculer le facteur de puissance (FP) de l’installation.

Exercice 2 : Onduleur triphasé

L’onduleur en pont à trois bras montré par la figure ci-dessous alimente une charge résistive triphasé équilibré. On utilise la commande à pleine onde à l’amorçage de 180°.

1. Donner sur un tableau les séquences d’ouverture /fermeture des six interrupteurs.
2. Tracer les formes d’ondes des tensions composées et des tensions simples.

Exercice 3 : Convertisseur Buck-Boost

On considère le convertisseur Buck-Boost de la figure ci-dessous. Vin=18V, L = 50μH, C= 100μF, RL= 30Ω et f= 40Khz.

– Déterminer la tension de sortie, le courant de charge et les valeurs moyenne, minimale et maximale du courant d’inductance L pour :

• Ton = 15μs et Toff = 10μs.
• Ton =10μs et Toff= 15μs.

Exercice 4 : Redresseur triphasé

On considère le redresseur triphasé ci-contre, où on suppose que la charge est très inductive consommant un courant de 32A et qui ne dépend pas de l’angle d’amorçage.

1. Tracer les allures de Vs. iTh1, iTh2, iTh3 et VTh1.
2. Trouver la valeur moyenne de Vs pour des angles d’amorçages de 0° et 45° degrés; sachant que les interrupteurs présentent une chute de tension de conduction de 1.2V chacun.
3. Quelles valeurs limites de courant et de tension inverse doit avoir ces interrupteurs.
4. Quelles est la puissance moyenne dissipé dans chaque interrupteur.

Exercice 5 : Onduleur monophasé

La figure ci-dessous représente un schéma d’un onduleur monophasé à source à point milieu muni d’un dispositif d’extinction par un circuit oscillant. On s’intéresse uniquement à l’étude de la commutation du courant I positif du thyristor principal Th1 (état initial) vers la diode D2 (état final).

Initialement à t<to, le thyristor Th1 conduit le courant de charge I; les autres composants sont bloqués et l’on a Vc=E. On suppose que le courant de charge I est constant durant la commutation et que les tensions Uc1=Uc2=E/2 et w2=1/Lc (circuit oscillant).

A l’instant to, on amorce le thyristor auxiliaire TA1:

1. 1^ere phase de commutation (to<t<t1):

• Dans cette phase le thyristor Th1 ne peut pas se bloquer immédiatement. Pourquoi ?
• Exprimer Vc(t), ic(t) et iTh1(t).
• Déterminer l’instant t1 où le thyristor Th1 cesse de conduire.

2. 2^eme phase de commutation (t1<t<t2):

• Dans cette phase, la diode D1 entre en conduction; le thyristor TA1 est toujours conducteur. Pourquoi ?
• Exprimer Vc(t), ic(t) et iD1(t).
• A quel instant t2 la diode D1 cesse de conduire ?
• Exprimer Vc(t2).

3. 3^eme phase de commutation (t2<t<t3):

• Dans cette phase, le thyristor TA, est toujours conducteur et la diode D2 ne peut pas encore entrer en conduction. Pourquoi ?
• Exprimer Vc(t). ic(t).
• A quel instant t3, la diode D2 entre en conduction ?
• Exprimer Ve(t3).

4. 4^eme phase de commutation (t3<t<t4). La diode D2 entre en conduction, le thyristor TA1 est toujours conducteur:

• Exprimer Vc(t). ic(t) et iD2(t).
• A quel instant t4 le thyristor TA, cesse de conduire ?
• Exprimer Ve(t).

5. Tracer dans l’intervalle [to. t4] les allures de Vc(t); ith1(t); Ic(t). lD1(t); lD2(t).
6. Préciser les intervalles de conduction des composants semi-conducteurs.
7. Si td est le temps de blocage des thyristors, comment peut-on choisir les éléments C et L?

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