Exercices corrigés sur les onduleurs triphasés
Exercices corrigés en PDF sur les onduleurs triphasés
...
C25-1
Un onduleur en pont triphasé est connecté sur une charge branchée en étoile :
Sur une période T, l’ordre de conduction des interrupteurs est le suivant (1 = interrupteur fermé ; 0 = interrupteur ouvert):
0 –> T/6 T/6 –> 2T/6 2T/6 –> 3T/6 3T/6 –> 4T/6 4T/6 –> 5T/6 5T/6 –> T
K1 1 1 1 0 0 0
K2 0 0 1 1 1 0
K3 1 0 0 0 1 1
K4 0 0 0 1 1 1
K5 1 1 0 0 0 1
K6 0 1 1 1 0 0
1- Tracer les tensions composées URS et UST
2- Calculer en fonction de E la valeur efficace de ces tensions
3- Exprimer la relation qui lie la tension composée URS aux tensions simples VRN et VSN. Faire de même pour UST.
4- La charge est équilibrée, c’est-à-dire que les tensions simples obéissent à la relation :
VRN + VSN + VTN = 0. En déduire que : VSN = (UST – URS)/3
5- Tracer la tension VSN
6 - Calculer en fonction de E la valeur efficace de cette tension
7- On montre que le développement en série de Fourier de cette tension ne comporte que des
2E? n??
harmoniques de rang impair dont la valeur efficace vaut :Vn =? 1+cos ?
3?n ? 3 ?
Calculer en fonction de E la valeur efficace du fondamental.
8- Que peut-on dire de la valeur efficace des harmoniques de rang 3, 9, 15, etc ? Quelle est la valeur efficace des autres harmoniques (rang n = 5, 7, 11, 13, etc) ?.
9- Calculer le taux de distorsion harmonique, sachant que ce taux est donné par :
THD =
V1eff V1eff
C25-2- Onduleur en créneaux
Un onduleur délivre à sa charge la tension suivante :
1- Donner l’expression de Ueff (valeur efficace de u(t)) en fonction de E et ?.
2- La charge est une résistance de 10 ? ; E = 20 V ; f1 = 1000 Hz. Pour quelle valeur de ? recevra-telle une puissance de 30 W ?
3- La décomposition en série de Fourier de u(t) ne comporte que des harmoniques de rang n impair :
ut avec : Vn .dx où x = ?t n=1
Établir l’expression littérale de l’harmonique de rang n.
Dans la suite du problème, ? = ?/4.
4- Calculer la valeur efficace des harmoniques de rang 3 et 5.
5- Calculer la valeur efficace de l’ensemble des harmoniques de rang supérieur ou égal à 7.
6- L’onduleur est un pont complet en H. Chaque interrupteur K est constitué d’un transistor NPN en parallèle avec une diode branchée en inverse. La charge est inductive. Le courant, sinusoïdal, est en retard par rapport à la tension d’un angle égal à ?/6. Le diagramme de commutation est : K1-K4 /
K1-K2 / K2-K3 / K3-K4.
- préciser le schéma du pont.
- tracer u(t) et i(t) en indiquant le diagramme de conduction des semi-conducteurs.
REPONSES
C25-1 1-
3- loi des mailles : URS = VRN – VSN ; UST = VSN – VTN ; UTR = VTN – VRN
4- UST – URS = VSN – VTN – VRN + VSN = 3 VSN
? k3??
8- Les harmoniques de rang n multiples de 3 (soit n = k.3) sont nulles car ? 1+cos ? = 0 ; les
2E
harmoniques de rang 5, 7, 11, etc, ont pour valeur efficace . ?n
9- THD = = 31%
V1eff 0,45
C25-2-
E2(??2?) ? ? ?Ueff = E 1?2?
1 T u2(t) Ueff2 E 2 ? ??
2- P = ? dt = = ? 1?2 ?
T 0 R R R ? ??
?Ueff = R.P ?17,3V
? U ?
?1?2 = = = ?°
? E2 400 4
4E 1
3- un = cosn?sinn?t ? n
5- Ueff2 =UUV2
n>5
1 4E ?
et U1eff = cos ?12,7 V
2 ? 4
?U(n>5)eff = 200?12,72 ?4,242 ?2,542 ?3,79V
6- L'ordre de conduction des semi-conducteurs est basé sur le principe suivant : un interrupteur K reçoit une K2 commande de fermeture par envoi d'un courant sur la base du transistor, ce qui a pour effet de saturer celui-ci. Mais dans la paire (T, D) qui constitue K, ce n'est pas E nécessairement le transistor qui conduit ! En effet, le sens du courant est imposé par la charge, qui est inductive, et K4 qui retarde le courant par rapport à la tension. Il faut donc regarder dans chaque cas si le courant s'écoule dans le sens de la diode ou dans celui du transistor (indiqué par la flèche qui symbolise son émetteur; il s'agit de transistors NPN).
... ... ...
- a) Indiquer la condition que doivent absolument respecter les interrupteurs d’un même bras.
- b) Indiquer les interrupteurs passants pour obtenir U1 = U et U1 = 0.
- c) Même question pour U12 = + U ; U12 = - U et U12 = 0.
…
Fabrication du signal MLI par intersection d’un triangle et d’une sinusoïde (technique Delta Sinus)
a) Un signal PWM contient essentiellement 2 fréquences. Donner leurs origines.
b) Esquisser alors le spectre du signal PWM
c) Indiquer quelle sont la/ les fréquence(s) utile(s) et celle(s) à éliminer.
Synoptique de la structure de commande des 6 interrupteurs en MLI Delta Sinus
d) Montrer que X3 correspond bien à la troisième onde d’un système de tensions triphasées équilibré.
e) Indiquer les interrupteurs reliés aux différentes sorties G E de la commande rapprochée et compléter par le schéma de l’onduleur triphasé avec ses 6 interrupteurs.
Alimentation des 4 moteurs 1100 kW d’une motrice de fret type BB 427000 (mise en service 2003).
Pour la structure d’alimentation fournie page 11/12
a) Donner le rôle de l’élément T et de l’élément PMCF.
b) Décrire la chaîne d’énergie dans les 2 situations d’alimentation (25kV 50Hz et 1500 V continu).
c) Indiquer en justifiant si cette chaîne est réversible.