Cours électronique de puissance

Support de cours redressement commandé triphasé


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...

Hypothèse : Courant constant dans la charge Ic 

I.Commutateurs parallèles simples à thyristors : 1.commutateur le plus positif: P3

  1. Schéma de principe

Le montage redresseur P3 à thyristors est constitué de trois thyristors, connecté chacun à une phase.

Figure 1 : Schéma de principe d’un commutateur triphasé le plus positif. Les thyristors sont débloqués avec un retard en angle de ?, c'est à dire que des impulsions de déblocage sont envoyées sur les gâchettes des thyristors respectivement aux angles Pour th1     ?t = (?/6 + ? )+ 2k? pour th2     ?t = (5?/6 + ? )+ 2k? pour th3     ?t = (3?/2 + ? )+ 2k?

  1. Etude du fonctionnement :

Les différentes phases de fonctionnement du montage sont alors décrites par le tableau suivant:

Intervalles       Thyristors passants     Tensions aux bornes des diodes bloquées     Tension redressée

?/6 + ? ? ?t < 5?/6 + ?           Th1       VT2 = VT1 - Vs1 + Vs2

? Vs2 - Vs1=U21? Vs1U

VT3 = VT1 - Vs1 + Vs3 c = Vs1 - VT1

? Vs3 - Vs1=U31

     5?/6 + ? ? ?t < 3?/2 + ?         Th2            VT1 = VT2 - Vs2 + Vs1

? Vs1 - Vs2=U12? Vs2

VT3 = VT2 - Vs2 + Vs3 c = Vs2 - VT2 U

? Vs3 - Vs2=U32

3?/2 + ? ? ?t < 13?/6 + ?         Th3      VT1 = VT3 - Vs3 + Vs1 ? Vs1 - Vs3=U13

VT2 = VT3 - Vs3 + Vs2

? Vs2 - Vs3=U23       Uc = Vs3 - VT2 ? Vs3

D'après ce tableau, la forme d'onde de la tension redressée est donnée aux figures 2, 3 et 4.

Figure 4: Allure de la tension redressée pour ? = 5?/6 (150°)

  1. Valeur moyenne de la tension redressée

Rappelons que le retard à l'amorçage ? est compris dans l'intervalle [0, ? [. Deux cas sont à considérer:

- 2, la valeur moyenne de la tension redressée est positive (fig.2), il en est donc de même pour la puissance active fournie par le réseau au récepteur (P = Ucmoy Ic); le transfert de puissance se fait du coté alternatif vers le coté continu, le système fonctionne en redresseur.         - ? > ?/2, la valeur moyenne de la tension redressée est négative (fig.4) ainsi donc que la puissance active; le transfert de puissance se fait du coté continu vers le coté alternatif, le système fonctionne en onduleur ou redresseur inversé. Le réseau continu néanmoins à imposer la fréquence et à fournir de la puissance réactive, d'où la précision parfois ajoutée dans la dénomination d'onduleur non-autonome.

d.Tensions maximales aux bornes des thyristors bloquésConsidérons, par exemple, le thyristor th1, la tension à ses bornes a l'allure suivante:

 Figure 6: Allure de la tension aux bornes du thyristor Th1 pour ? = ?/2 (90°)

… 

Figure 8: Allures des courants traversants  les thyristors Th1, Th2 et Th3 

2.Commutateur le plus négatif à thyristor : P3

  1. Schéma :

Figure 9 : Schéma de principe d’un commutateur triphasé le plus négatif.  

Figure 12: Allure de la tension redressée pour ? = 5?/6 (150°)

?Ucmoy =                                                               cos?=? 3 3VM cos?

c.Tensions maximales aux bornes des thyristors bloqués



Figure 14: Allure de la tension aux bornes du thyristor Th2 pour ? = ?/2 

IT1

IT2

IT3

Figure 16: Allures des courants traversants  les thyristors Th1, Th2 et Th3  II. Commutation parallèle double à thyristors :

Figure 17 : Schéma de principe d’un pont triphasé tout thyristors.

 Figure 18 : Allure de la tension redressée à la sortie d’un pont triphasé tout thyristors.

(? = 30°)  

Figure 19 : Allure de la tension aux bornes du thyristor Th1 et des courants d’un pont triphasé tout thyristors. (? = 30°) III. Pont PD3 mixte :

des thyristors)

? P = Uc *Ic > 0

en onduleur.

  1. Association redresseurs machine à courant continu :
  2. Fonctionnement dans les deux quadrants de la MCC :
  3. Fonctionnement dans les quatre quadrants de la MCC :

… … …

Remarque :

Si vous disposez de multimètres numériques comme le MX 545 de chez Métrix, un appareil peut remplacer les trois voltmètres. En effet, en position "=" il indique une valeur moyenne ; en position "~ AC+DC" il indique une valeur efficace ; en position "~ AC" il indique également une valeur efficace mais uniquement de la composante alternative du signal.

I.2 Calculs préliminaires

L'interrupteur K est ouvert.

Au secondaire du transformateur, on dispose d'un système de tensions triphasées :

v1 = V 2 sinωt ; v2 = V 2 sin(ωt - 2π/3) ; v3 = V 2 sin(ωt - 4π/3)

La charge RL a une constante de temps L/R très supérieure à la période de la tension redressée u.

Que peut-on dire alors de l'intensité i du courant redressé ?

Montrer que :

  • la valeur moyenne de la tension redressée est : ≈ 1,17 xV
  • la valeur efficace U de la tension redressée est : U ≈ 1,19 xV
  • le facteur de forme F de la tension redressée est : F ≈ 1,02
  • le taux d'ondulation ß de la tension redressée est : ß ≈ 18 %
  • la puissance P reçue par la charge est : P = .
  • la valeur crête îd du courant dans chaque diode est : îd ≈
  • la valeur efficace Id du courant dans chaque diode est : Id ≈ / 3
  • la tension inverse maximale supportée par chaque diode est : ûd ≈ 2,1
  1. EXPERIMENTATION

Le schéma de la partie puissance de la maquette est le suivant :

... ...

Indiquer sur ce schéma les connections à réaliser pour effectuer l'étude proposée.

Réaliser alors le montage.

Régler l'autotransformateur pour obtenir, à vide, une valeur moyenne égale à 20 V.

II.1 Débit sur charge résistive

Interrupteur K fermé

  • Visualiser successivement à l'oscilloscope u et v1, u et v2, u et v3 (synchroniser sur u). En déduire u minimum et u maximum et les intervalles de conduction des diodes.

Mesurer la durée de commutation entre deux diodes : le retard à la commutation est dû à la présence inévitable d'inductances (inductance de fuite du transformateur, inductance de câblage).

La charge étant purement résistive (R ayant sa valeur maximale), diminuer R progressivement jusqu'à l'obtention de = 2 A.

Mesurer alors :

- le temps de commutation entre deux diodes. Que constate-t-on ?



- I , î . Est-ce conforme aux prévisions ?

  • Visualiser successivement à l'oscilloscope -u et ud1, -u et ud2, -u et ud3 (synchroniser sur -u). En déduire la tension maximale inverse ûd supportée par chaque diode.

II.2 Débit sur charge inductive

Interrupteur K ouvert

Pour = 2 A , ouvrir l'interrupteur K.

Observer la tension u . Est-elle modifiée ?

  • Régler l'inductance L à sa valeur minimale (environ 0,1 H).

Mesurer l'ondulation crête-crête : ∆i = imax - imin de l'intensité i.

Mesurer ∆i pour L = Lmin.

  • Régler l'inductance L à sa valeur maximale (environ 1 H).

Mesurer l'ondulation crête-crête : ∆i = imax - imin de l'intensité i.

Mesurer ∆i pour L = Lmin.

Quelle est l'influence de L sur ∆i ?

Relever toutes les indications des appareils permettant de vérifier les grandeurs prédéterminées dans le I. Effectuer cette vérification ; conclure.

….

Empiètement Sur la représentation précédente, nous n'avons pas fait apparaître la déformation de la tension u due à la durée de commutation des diodes. En réalité, pendant cette durée de commutation, deux diodes conduisent simultanément. Cette durée dépend, entre autre, des inductances de fuite du transformateur, des inductances de câblage. Reprenons les chronogrammes précédents ; plaçons nous dans le cas d'une charge à courant constant et étudions la commutation des diodes D1 et D2. Dans l'intervalle 0, 2π cette commutation débute à θ = π/3 rad. Isolons fictivement la partie du circuit en conduction et modélisons les inductances de fuite des enroulements du transformateur.

… … …

Pratique :

  1. C) ETUDE D'UN REDRESSEMENT TRIPHASE

COMMANDE SIMPLE ALTERNANCE

  1. DEBIT SUR CHARGE RESISTIVE

I.1 Schéma de principe

...

I.2 Travail à réaliser

Faire figurer, sur le synoptique de la maquette représenté ciaprès, le câblage permettant l'étude expérimentale du redressement triphasé commandé simple alternance avec débit sur charge résistive.

Réaliser alors le montage.

Placer les appareils de mesure permettant les mesures des tensions moyennes et efficaces aux bornes de la charge ainsi que les intensités moyennes et efficaces des courants traversant la charge et chaque thyristor.

Au secondaire du transformateur, on dispose d'un système de tensions triphasées :

v1 = V 2 sinωt ; v2 = V 2 sin(ωt - 2π/3) ; v3 = V 2 sin(ωt - 4π/3)

Régler l'autotransformateur pour obtenir, à vide et aux bornes de la charge, une tension de valeur moyenne <u> égale à 20 V.

Le rhéostat de charge a une résistance R = 50 Ω.

  • Indiquer sur le schéma le branchement de l'oscilloscope permettant la visualisation de u(t) tension aux bornes de la charge, i1(t), i2(t) et i3(t) intensités des courants traversant respectivement les thyristors Th1, Th2 et Th3, puis uTh1(t).
  • Relever en concordance des temps, les chronogrammes de u(t) tension aux bornes de la charge, i1(t), i2(t) et i3(t) intensités des courants traversant respectivement les thyristors Th1, Th2 et Th3, puis uTh1(t) pour un retard à l'amorçage α = π/3 rad puis pour un retard de 2π/3 rad.

La tension u est-elle pendant quelques instants négative ?

  • Pour différentes valeurs de α, relever <u> et tracer la caractéristique <u>(α ).
  • Pour α = π/3 rad puis 2π/3 rad, mesurer les valeurs moyennes et efficaces des tensions et intensités suivantes : u(t), i(t),i1(t), uTh1(t).
  1. DEBIT SUR CHARGE INDUCTIVE

II.1 Schéma de principe

... ...

II.2 Travail à réaliser

Faire figurer, sur le synoptique de la maquette, le câblage permettant l'étude expérimentale du redressement triphasé commandé simple alternance avec débit sur charge inductive.



  • Réaliser le montage

La bobine a une inductance L = 1 H et une résistance r = 10 Ω.

Le rhéostat de charge a une résistance R = 23 Ω.

  • Relever en concordance des temps, les chronogrammes de u(t) tension aux bornes de la charge, i(t) intensité du courant traversant la charge i1(t), i2(t) et i3(t) intensités des courants traversant respectivement les thyristors Th1, Th2 et Th3, puis uTh1(t) pour un retard à l'amorçage α = π/3 rad puis pour un retard de 2π/3 rad.

La tension u est-elle pendant quelques instants négative ?

Si oui, dans quel sens s'effectue le transfert de puissance instantanée ?

  • Pour différentes valeurs de α, relever <u> et tracer la caractéristique <u>(α ).

Lorsque la conduction est ininterrompue, le calcul théorique donne pour expression de la tension moyenne :

< u>= 3V 6

2π cosα

Le résultat pratique est-il en accord avec le résultat théorique ?

  • Pour α = π/3 rad puis 2π/3 rad, mesurer les valeurs moyennes et efficaces des tensions et intensités suivantes : u(t), i(t),i1(t), uTh1(t).

III. DEBIT SUR CHARGE E, R, L

III.1 Schéma de principe

III.2 Travail à réaliser

Faire figurer, sur le synoptique de la maquette, le câblage permettant l'étude expérimentale du redressement triphasé simple alternance avec débit sur charge E, R, L.

  • Réaliser le montage Au secondaire du transformateur, on dispose d'un système de tensions triphasées :

v1 = V 2 sinωt ; v2 = V 2 sin(ωt - 2π/3) ; v3 = V 2 sin(ωt - 4π/3)

La bobine a une inductance réglable L = 0,1H/1 H et une résistance r = 10 Ω.

La f.é.m. provient d'une batterie de 12 V (et de résistance interne négligeable).

Le rhéostat de charge a une résistance R = 23 Ω.

  • Relever en concordance des temps, les chronogrammes de u(t) tension aux bornes de la charge, i(t) intensité du courant traversant la charge i1(t), i2(t) et i3(t) intensités des courants traversant respectivement les thyristors Th1, Th2 et Th3, puis uTh1(t) pour un retard à l'amorçage α = π/3 rad puis pour un retard de 2π/3 rad.

La tension u est-elle pendant quelques instants négative ? Si oui, dans quel sens s'effectue le transfert de puissance instantanée ?

  • Pour différentes valeurs de α, relever et tracer la caractéristique (α ).
  • Pour α = π/3 rad puis 2π/3 rad, mesurer les valeurs moyennes et efficaces des tensions et intensités suivantes : u(t), i(t),i1(t), uTh1(t).

… …

I.2 Expérimentation

  • Indiquer sur le schéma le branchement de l'oscilloscope permettant la visualisation de v1(t), i1(t), u(t), iT1(t), iT2(t), iT3(t), iT4(t), iT5(t), iT6(t), i(t) et uT1(t).
  • Pour un retard à l'amorçage de α = 0, régler le rhéostat à une valeur permettant l'obtention d'un courant de charge d'intensité moyenne = 0,5 A.
  • Augmenter α tout en diminuant la résistance du rhéostat afin de maintenir la valeur moyenne de l'intensité du courant de charge à 0,5 A (tant que cela est possible).

Relever les oscillogrammes de u(t) et i(t) pour α = 30°, 60°, 90°, 120° et 150°.

Pour chacune de ces valeurs relever puis tracer (α).

  • Pour α = 60° et pour α = 120°, relever en concordance des temps, les chronogrammes de v1(t), i1(t), u(t), iT1(t), iT2(t), iT3(t), iT4(t), iT5(t), iT6(t),i(t) et uT1(t).

Analyser les oscillogrammes obtenus.

Dans quel sens s'effectue le transfert d'énergie ?


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