Exercices corrigés sur les onduleurs autonome
2 exercices corrigés d’Electronique de puissance sur l’onduleur
Exercice Ond01 : onduleur autonome
On réalise le montage suivant en utilisant quatre interrupteurs électroniques, fonctionnant deux par deux :
Le générateur de tension continue a une f.e.m. E égale à 24 V. La charge est une résistance de valeur R = 100 ?.
Le fonctionnement des interrupteurs est résumé sur le diagramme ci-dessous :
K1, K3 K2, K4 fermés fermés T t (ms)
0 1 4 6 9 10
Les interrupteurs sont supposés parfaits.
1- Représenter les chronogrammes :
- de la tension u aux bornes de la charge
- des courants i, i K1 et i G.
2- Calculer la valeur efficace de la tension u.
En déduire la valeur efficace du courant i et la puissance reçue par la charge.
3- Calculer la valeur moyenne du courant débité par le générateur.
En déduire la puissance fournie par le générateur et le rendement de l'onduleur. Commentaire ?
Exercice Ond02 : onduleur autonome
L’onduleur suivant est constitué de quatre interrupteurs électroniques commandés (K1 à K4) supposés parfaits.
E est une source de tension continue parfaite de valeur 200 V. La charge est une résistance de valeur R = 100 ?.
Le tableau ci-dessous indique les états de conduction des interrupteurs.
| 0 < t < ?T/2 | ?T/2 < t < T/2 | T/2< t <(1+?)T/2 | (1+?)T/2 < t < T | |
| K1 | Fermé | Fermé | Ouvert | Ouvert |
| K2 | Ouvert | Fermé | Fermé | Ouvert |
| K3 | Fermé | Ouvert | Ouvert | Fermé |
| K4 | Ouvert | Ouvert | Fermé | Fermé |
1- Quel type de conversion réalise un onduleur autonome ?
Citer une application de ce type de convertisseur.
2- Représenter en fonction du temps la tension u aux bornes de la charge et le courant i circulant dans celle-ci (on prendra ? = 1/3).
3- Exprimer la valeur moyenne et la valeur efficace du courant i en fonction de E, R et ?. Faire l’application numérique (avec ? = 1/3).
4- En déduire la valeur moyenne de la puissance fournie à la charge.
5- Tracer les chronogrammes des courants i K1, i K2 et i G.
6- Exprimer les valeurs moyennes des courants i K1, i K2 et i G en fonction de E, R et ?. Faire l’application numérique.
7- En déduire la valeur moyenne de la puissance fournie par la source E. Commentaire ?
8- Quels composants peut-on utiliser pour réaliser les interrupteurs ?
Corrigés
Exercice Ond01 : onduleur autonome
On réalise le montage suivant en utilisant quatre interrupteurs électroniques, fonctionnant deux par deux :
Le générateur de tension continue a une f.e.m. E égale à 24 V. La charge est une résistance de valeur R = 100 ?.
Le fonctionnement des interrupteurs est résumé sur le diagramme ci-dessous :
K1, K3 K2, K4 fermés fermés T t (ms)
0 1 4 6 9 10
Les interrupteurs sont supposés parfaits.
1- Représenter les chronogrammes :
- de la tension u aux bornes de la charge
- des courants i, i K1 et i G.
5 10
240 mA
iG(t) Ot(ms)
5 10
2- Calculer la valeur efficace de la tension u.
U = E 1?
En déduire la valeur efficace du courant i et la puissance reçue par la charge.
I = U / R = 186 mA
RI² = 3,46 W
3- Calculer la valeur moyenne du courant débité par le générateur.
< iG > = 240 × 3 / 5 = 144 mA
En déduire la puissance fournie par le générateur et le rendement de l'onduleur.
E < iG > = 3,46 W
Rendement : 100 %
Commentaire ?
Le rendement est de 100 % car les interrupteurs sont supposés parfaits (ce qui n’est évidemment pas le cas en pratique).
Exercice Ond02 : onduleur autonome
L’onduleur suivant est constitué de quatre interrupteurs électroniques commandés (K1 à K4) supposés parfaits.
E est une source de tension continue parfaite de valeur 200 V. La charge est une résistance de valeur R = 100 ?.
Le tableau ci-dessous indique les états de conduction des interrupteurs.
| 0 < t < ?T/2 | ?T/2 < t < T/2 | T/2< t <(1+?)T/2 | (1+?)T/2 < t < T | |
| K1 | Fermé | Fermé | Ouvert | Ouvert |
| K2 | Ouvert | Fermé | Fermé | Ouvert |
| K3 | Fermé | Ouvert | Ouvert | Fermé |
| K4 | Ouvert | Ouvert | Fermé | Fermé |
1- Quel type de conversion réalise un onduleur autonome ?
Conversion continu/alternatif.
Citer une application de ce type de convertisseur.
Alimentation de secours.
Variateur de vitesse pour moteur asynchrone.
2- Représenter en fonction du temps la tension u aux bornes de la charge et le courant i circulant dans celle-ci (on prendra ? = 1/3).
3- Exprimer la valeur moyenne et la valeur efficace du courant i en fonction de E, R et ?. Faire l’application numérique (avec ? = 1/3).
< i > = 0
Par définition : Ieff = < i² >
E²/R²
i²(t)
Ot
| ?T/2 < i² > = ?(E/R)² E Finalement : Ieff = ? =1,155 A R | T |
4- En déduire la valeur moyenne de la puissance fournie à la charge.
< ui > = < Ri² > = RIeff² (Loi de Joule)
A.N. 133 watts
5- Tracer les chronogrammes des courants i K1, i K2 et i G.
?T/2 T
6- Exprimer les valeurs moyennes des courants i K1, i K2 et i G en fonction de E, R et ?. Faire l’application numérique.
?E
< iK1 >=< iK1 >=
2R
A.N. 0,33 A
< iG > = < i K1 > + < i K2 > = ?E / R = 0,67 A
7- En déduire la valeur moyenne de la puissance fournie par la source E. Commentaire ?
< E iG > = E< iG > = 133 W
La puissance reçue par la charge est égale à la puissance fournie par la source.
Le rendement du onduleur est donc de 100 %.
Autrement dit, il n’y a pas de pertes dans les interrupteurs électroniques (c’est normal puisque ceux-ci ont été supposés parfaits …).
8- Quels composants peut-on utiliser pour réaliser les interrupteurs ?
Les interrupteurs doivent être commandables à l’ouverture et à la fermeture. En pratique, on utilise des semi-conducteurs de puissance tels que le transistor bipolaire, le thyristor GTO, le transistor MOSFET ou encore le transistor IGBT (liste non exhaustive).