Cours électronique de puissance

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Gradateur monophasé

  1. objectifs

Étudier le fonctionnement et les caractéristiques d’un montage gradateur monophasé à thyristors sur des charges résistives et inductives. 

  1. Introduction

Dans ce laboratoire, les montages sont réalisés à l’aide des thyristors contenus dans un module de puissance. Le circuit d’allumage des thyristors est réalisé à l’aide d’un module de commande. Les simulations sont réalisées avec SimPowerSystems de Simulink. Le fichier SimPS est disponible sur le site du cours.

  1. Gradateur sur charge résistive
  2. a) Simulation
  • Simuler le montage sur charge résistive en utilisant SimPowerSystems. À partir des résultats de simulation, tracer les formes d’onde des tensions Vs, Vch et celle du courants Ich pour a = 60°.
  • Mesurer la valeur efficace de la tension Vch pour a = 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150°, 180°. Tracer la valeur efficace de la tension Vch en fonction de l’angle d’amorçage a.

Fig 1 : Simulation d’un montage gradateur sur charge résistive

  1. b) Expérience

Réaliser le montage de la figure suivante. Chaque  boite de résistances sera réglée sur 30 ?. Brancher les appareils de mesure pour faire les observations demandées. Utiliser un  analyseur de puissance (AVpower) pour mesures les valeurs efficaces, les puissances et le facteur de puissance. 

Fig 2 : Réalisation du montage gradateur sur charge résistive

  • Observer les formes d’onde des tensions Vs, Vch et celle du courants Ich pour a = 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150°, 180°. Relever ces formes d’onde pour le cas de a = 60° seulement, en utilisant une feuille jointe (à remettre aux assistants). Valider ce tracé avec vos résultats de simulation.
  • Pour a = 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150°, 180°:

-  mesurer la valeur efficace de Vp, Vch, Ip et Ich

-  mesurer la puissance active au primaire du transformateur



-  mesurer la puissance active dans la charge

  • Tracer la valeur efficace de Vch en fonction de a. Comparer aux résultats de simulation.
  • À partir des valeurs mesurées, calculer le facteur de puissance du montage gradateur en fonction de a. Est-ce qu’il est toujours unitaire?
  • À partir des valeurs mesurées, calculer le rendement du montage gradateur en fonction de a. D’où proviennent les pertes?
  1. Gradateur sur charge R+L
  2. a) Simulation

Simuler le montage avec une charge R+L en utilisant SimPowerSystems. À partir des résultats de simulation, tracer les formes d’onde des tensions Vs, Vch et celle du courant Ich pour a = 90°.

  • Déterminer l’angle d’amorçage amin (en dessous de cette valeur, on n’a plus de contrôle sur la valeur efficace de Vch).

L?

Note: La valeur théorique de amin est donnée par la relation suivante:   amin = arctan(    )

R

  • Mesurer la valeur efficace de la tension Vch pour a = 60°, 90°, 120°, 150°, 180°. Tracer la valeur efficace de la tension Vch en fonction de l’angle d’amorçage a.

Fig 3 : Simulation d’un montage gradateur sur charge résistive

  1. b) Expérience

Réaliser le montage de la figure suivante. Chaque  boite de résistances sera réglée sur 30 ? et chaque boite d’inductances, sur 160 mH. Brancher les appareils de mesure pour faire les observations demandées. 

Fig 4 : Réalisation du montage gradateur sur charge R+L

  • Observer les formes d’onde des tensions Vs, Vch et celle du courants Ich pour a = 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150°, 180°. Relever ces formes d’onde pour le cas de a = 90° seulement, en utilisant une feuille jointe (à remettre aux assistants). Valider ce tracé avec vos résultats de simulation.
  • Diminuer lentement l’angle a à partir de 120° tout en observant la tension Vch. Déterminer l’angle amin. Comparer au résultat théorique.
  • Pour a = 60°, 90°, 120°, 150°, 180°:
  • mesurer la valeur efficace de Vp, Vch, Ip et Ich
  • mesurer la puissance active au primaire du transformateur
  • mesurer la puissance active dans la charge
  • Tracer la valeur efficace de Vch en fonction de a. Comparer aux résultats de simulation.
  • À partir des valeurs mesurées, calculer le facteur de puissance du montage gradateur en fonction de a.
  1. Gradateur sur charge inductive
  2. a) Simulation

Fig 5 : Simulation d’un montage gradateur sur charge inductive



  • Simuler le montage avec une charge inductive en utilisant SimPowerSystems. À partir des résultats de simulation, tracer les formes d’onde des tensions Vs, Vch et celle du courants Ich pour a = 130°. Note: La valeur théorique de amin dans ce cas est :  
  • Mesurer la valeur efficace de la tension Vch pour a = 90°, 110°, 130°, 150°, 170°. Tracer la valeur efficace de la tension Vch en fonction de l’angle d’amorçage a.
  1. b) Expérience

Réaliser le montage de la figure suivante. Chaque boite d’inductances sera réglée à 160 mH. Brancher les appareils de mesure pour faire les observations demandées.

  • Observer les formes d’onde des tensions Vs, Vch et celle du courants Ich pour a = 90°, 110°, 130°, 150°, 170°. Relever ces formes d’onde pour le cas de a = 130° seulement, en utilisant une feuille jointe (à remettre aux assistants). Valider ce tracé avec vos résultats de simulation.
  • Pour a = 90°, 110°, 130°, 150°, 170°:

-  mesurer la valeur efficace de Vp, Vch, Ip et Ich

-  mesurer la puissance active au primaire du transformateur

  • Tracer la valeur efficace de Vch en fonction de a. Comparer aux résultats de simulation.
  • À partir des valeurs mesurées, calculer le facteur de puissance du montage gradateur en fonction de a.
  • Vérifier que le montage gradateur avec une charge purement inductive se comporte comme une inductance variable (dont la valeur est contrôlée par l’angle d’amorçage  a). Tracer en fonction de a, la valeur effective de l’inductance variable. 

… … … …

Dans cette expérience, on étudie le fonctionnement d'un gradateur monophasé à deux thyristors dans le cas d'une charge purement résistive, puis d'une charge résistive et inductive. On relève les diverses formes d'onde de tension et de courant et les caractéristiques de sortie Vrms en fonction de l'angle d'amorçage.

Familiarisation avec la maquette :

La figure suivante représente le montage préétabli, c'est l'image de la maquette d'essai, utilisée pour étudier le gradateur monophasé.

Cette maquette contient :

  • La source de tension sinusoïdale;
  • L'interrupteur principal;
  • Deux Thyristors, montés en tête bêche, qui forment le gradateur;
  • Les différentes charges (la résistance et l'inductance);
  • Sorties des signaux utilisés par la commande.

Données : Tension d’alimentation, de valeur efficace 24V et de fréquence f=50Hz



                       R= 500Ω et L= 100mH.

Travail demandé :

Charge résistive (R)

  1. Relever la tension d'entrée Usig-in et la tension du réseau d'alimentation,
  2. Relever la tension Vref et la tension de phase, régler leurs valeur jusqu'à obtenir des points d'intersections.
  3. Visualiser les tensions de gâchette séparément pour chacun des thyristors.

Pour deux valeur de l'angle d’amorçage α=45° et α=90°

  1. Relever les indications des différents appareils de mesure ( tension et courant au niveau de la charge;
  2. Relever les chronogrammes de ces grandeurs demandées :
  • Tension de charge, courant de charge (Vc, ic).
  • Tension aux bornes du thyristor, courant à travers le thyristor (VT1, iT1).
  • Tension de source, tension aux bornes de la charge (Vs, Vc).



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