TRAVAUX PRATIQUES : ELECTRONIQUE INDUSTRIELLE PONTS MONOPHASE ET TRIPHASE A DIODES : ETUDE ET SIMULATION A L AIDE DE MATLAB ET MATLAB/SIMPOWER

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1 UNIVERSITE SAINT-JOSEPH DE BEYROUTH FACULTE D INGENIERIE - E.S.I.B. DEPARTEMENT ELECTRICITE ET MECANIQUE GENIE ELECTRIQUE EI - 0 TRAVAUX PRATIQUES : ELECTRONIQUE INDUSTRIELLE PONTS MONOPHASE ET TRIPHASE A DIODES : ETUDE ET SIMULATION A L AIDE DE MATLAB ET MATLAB/SIMPOWER Version avril 017

2 EI - 0 PONTS MONOPHASE ET TRIPHASE A DIODES ETUDE ET SIMULATION A L AIDE DE MATLAB ET MATLAB/SIMPOWER Les convertisseurs les plus simples utilisent des diodes. C est pourquoi, la présente étude est une préparation à la manipulation EP-R0 qui propose de montrer le fonctionnement des convertisseurs élémentaires à diodes, alimentés par un réseau de tensions monophasé (figure 1.) ou triphasé (figure 1.) dont la fréquence est fixe. Figure 1 - Convertisseurs élémentaires à diodes Ces convertisseurs appartiennent au sous-ensemble des convertisseurs alternatif-continu appelés Convertisseurs Assistés par un Réseau. Attention : Toutes les prédéterminations, en italique gras dans le texte, doivent être préparées et présentées à l encadrant en début de séance. Toutes les courbes et oscillogrammes présentés dans vos rapports doivent montrer les axes et les échelles nécessaires à leur lecture. 1. Données théoriques On rappelle ci-dessous les principaux résultats obtenus en cours lorsque le convertisseur réalise l interconnexion entre une (ou plusieurs) source(s) de tension(s) sinusoïdale(s) et une source de courant dont le courant électromoteur est constant et indépendant du temps.

3 Les résultats et les courbes théoriques (figure et 3) sont rappelés dans l hypothèse de la commutation quasi-instantanée. Les grandeurs caractéristiques fournies dans le tableau I sont rappelées en négligeant toutes les pertes. Figure - Pont monophasé à diodes Figure 3 - Pont triphasé à diodes Tableau I- Grandeurs caractéristiques des ponts à diodes élémentaires Pont monophasé à diodes v1 V sint V sin x uc F p Pont triphasé à diodes u U sint U sin x u3 U sin x 3 u U sin x 4 3 V 1 31 uc F p 3 U 3 3

4 . Travail à effectuer Remarques : Pour simplifier l énoncé, le travail à effectuer est indiqué dans l ordre observations puis mesures, mais l étudiant a toute latitude pour conduire l ensemble de l expérience à son gré..1. Etude du pont monophasé à diodes Le montage utilisé est celui de la figure 4. Figure 4 - Montage utilisé pour l étude du pont monophasé à diodes La charge est constituée d une résistance R, dont la valeur minimale sera telle que la valeur moyenne du courant côté continu soit voisine de 10 A, et d une inductance de valeur maximale L max = 1 mh Observations a) L inductance de charge étant maximale et le courant moyen côté continu égal à 10 A, simuler le montage proposé sur Matlab/Simpower en modélisant le transformateur par une source de tension et relever les formes d onde suivantes, caractérisant le fonctionnement du système : La forme d onde de la tension côté continu. La forme d onde du courant côté continu. La forme d onde de la tension alternative secondaire v. La forme d onde du courant alternatif secondaire et sa position par rapport à v. b) Expliquer le fonctionnement du montage proposé. c) Commenter les allures obtenues. d) L inductance de charge étant nulle et le courant moyen côté continu égal à 10 A, reprendre les questions précédentes. 4

5 .1.. Mesures e) L inductance de charge étant maximale, relever les variations des grandeurs suivantes, en fonction du courant moyen côté continu i c. Cette variation du courant moyen i c sera obtenue en modifiant la résistance R. Valeur moyenne de la tension côté continu u c. Valeur efficace du courant côté alternatif i. Valeur efficace de la tension côté alternatif v. Facteur de puissance F p. Facteur de déformation λ. f) Tracer les courbes : u c = f( i c ) i = f( i c ) F p = f( i c ) g) Commenter les courbes obtenues. h) L inductance de charge étant nulle, reprendre les essais des questions e), f) et g). i) Comparer les deux cas et conclure... Etude du pont triphasé à diodes Le montage utilisé est celui de la figure 6. Le primaire du transformateur sera couplé en étoile. ic Oscilloscope Figure 5 - Montage utilisé pour l étude du pont monophasé à diodes..1. Observations j) Le secondaire du transformateur étant couplé en triangle (voir annexe), reprendre les considérations du paragraphe.1.1. lorsque l inductance est maximale puis nulle, en insistant tout particulièrement sur l observation puis les commentaires de la tension u 1 au secondaire du transformateur, de la tension aux bornes d une diode et du courant d enroulement secondaire du transformateur. k) Reprendre les essais précédents lorsque le secondaire du transformateur est couplé en étoile. 5

6 ... Mesures Dans cette partie, le secondaire du transformateur sera couplé en étoile. l) L inductance de charge étant maximale, relever les variations, en fonction du courant moyen i c de : La valeur moyenne de la tension côté continu u c. La valeur efficace de la tension côté alternatif u 1. La valeur efficace du courant côté alternatif i 1. Le facteur de puissance F p. Le cosinus du déphasage φ 1 du fondamental du courant de ligne i 1 par rapport à la tension simple v 1. Le facteur de déformation λ. m) Tracer les courbes : u c = f( i c ) i 1 = f( i c ) F p = f( i c ) cos(φ 1 ) = f( i c ) λ = f( i c ) n) Commenter les courbes obtenues. o) L inductance de charge étant nulle, reprendre les essais des questions l), m) et n). p) Comparer les deux cas et conclure. 6

7 ANNEXE : MESURE DU FACTEUR DE DEFORMATION λ D UN COURANT EN MONOPHASE Dans le cas d un réseau monophasé de tension sinusoïdale débitant un courant non sinusoïdal, le facteur de déformation λ du courant peut être déterminé en introduisant la notion de puissance déformante notée D. Cette puissance s écrit selon l égalité : S = P + Q + D (1) où : avec : S = VI est la puissance apparente absorbée par la charge. P = VI 1 cosφ 1 est la puissance active absorbée par la charge. Q = VI 1 sinφ 1 est la puissance réactive absorbée par la charge. I 1 la valeur efficace du fondamental du courant absorbé par la charge. et φ 1 le déphasage entre la tension et le fondamental du courant. L expression (1) conduit à : D = S (P + Q ) = V I (1 λ ) où I1 I Par suite : D 1 et V I D S P Q D après les expressions précédentes, la valeur de λ ne peut être évaluée que si l on connaît la valeur de la puissance réactive Q. Ceci ne posera aucun problème si on remarque que Q peut s écrire : Q = VI 1 sinφ 1 = VI 1 cos (φ 1 π ) Q apparaît donc comme la puissance active fournie à la charge alimentée sous une tension fictive de même module que la tension réelle, mais en quadrature arrière par rapport à cette dernière. La mesure de Q peut alors se faire en utilisant un transformateur triphasé couplé en triangle-étoile : le neutre au secondaire doit être disponible. Le transformateur utilisé dans cette manipulation a un rapport d enroulement de 1 3, c est-àdire que la tension aux bornes d un enroulement au secondaire vaut 1 3 fois la tension aux bornes d un enroulement au primaire. En utilisant uniquement les tensions composées, on aurait un rapport de transformation : m = 1 3 pour un couplage Δ Δ m = 1 3 pour un couplage Y Y 7

8 m = 1 pour un couplage Δ Y m = 1 3 pour un couplage Y Δ En monophasé, si on utilise le couplage Δ Y, mais qu on alimente le pont par la tension simple V n, on a bien un rapport de transformation n = 1 3 comme le précise l énoncé. On utilise la colonne pour que le flux créé par le courant se referme dans deux circuits magnétiques géométriquement symétriques (figure 7). Figure 6 - Symétrie des flux dans le circuit magnétique d un transformateur La tension u 31 est bien en quadrature arrière par rapport à V n, de module 3 fois plus élevé (figure 8). Figure 7 - Diagramme des tensions La mesure de la puissance réactive se fait donc de la manière suivante : le montage est alimenté par V n, et le wattmètre seulement est connecté à la tension u 13. Il indique alors 3Q. 8