Électronique industrielle (ELE4400) Examen de mi-session - hiver 2002

Transcription

1 ÉCOL POLYTCHNIQU L examen mi-session H02-1/5 Électronique industrielle (L4400) xamen de mi-session - hiver 2002 (Le 22 février 2002) Notes: 1) Aucune documentation permise; calculatrice non programmable permise. 2) Durée: 2 heures et 20 minutes - 12h45 à 15h05. Gilles Roy 2002 Question #1 (4 points) Soit le circuit équivalent de la figure 1 où les expressions respectives pour la tension et le courant de source sont: e( ωt) = sin( ωt) (1) [ ] i( ωt) = 2 24sin( ωt 30 ) 3sin(3ωt+ 45 ) + sin(5ωt 45 ) (2) Calculez la valeur numérique des paramètres suivants: a)(1,0) b)(1,0) c)(1,0) La distorsion harmonique totale du courant. La puissance apparente à la source. La puissance réactive en jeu. d)(1,0) Le facteur de puissance (8). Fig. 1. Source sinusoïdale alimentant une charge non-linéaire.

2 ÉCOL POLYTCHNIQU L examen mi-session H02-2/5 Question #2 (6 points) Le redresseur en pont triphasé, présenté à la figure 2, est raccordé, par l intermédiaire d un transformateur, à une source d alimentation RR = 240 V, 60 Hz. Le rapport de transformation du transformateur est 1:1 (phase primaire à phase secondaire). La charge de nature ohmique-inductive est constituée d une résistance R = 28 S et d une inductance L = 12,4 mh. Supposez un comportement idéal des diodes. a)(2,0) Tracez (sur une feuille de courbes polyphasées) les formes d onde suivantes: - tension redressée (e o ) - courant dans les diodes D5 et D2 (i D5 et i D2 ) - courant dans la phase cn au secondaire (i c ) - courant dans la phase BA au primaire (i BA ) - courant dans la phase CB au primaire (i CB ) - courant dans la ligne B (i B ) b)(2,0) c)(2,0) Faites le développement série de la tension redressée (e o ), en limitant la série aux deux premiers harmoniques. Pourquoi n est-il pas nécessaire de prolonger le développement de cette série? Quel est le ronflement du courant de charge? Justifiez votre calcul. Fig. 2. Redresseur en pont triphasé avec une charge ohmique-inductive.

3 ÉCOL POLYTCHNIQU L examen mi-session H02-3/5 Question #3 (6 points) Le convertisseur en étoile hexaphasée, représenté à la figure 3, est alimenté par une source triphasée de RR = 240 V, 60 Hz. Le rapport de transformation entre une phase du primaire et une phase du secondaire du transformateur est 4:1. La résistance de charge fait R = 0,4 S et l inductance fait L = 200 :H. L angle d amorçage est ajustable dans la plage 30 # " # 60. Supposez un comportement idéal du transformateur et des thyristors. a)(2,0) Tracez (sur une feuille de courbes polyphasées), tout en identifiant les valeurs d amplitude et d angles, et pour un angle d amorçage de " = 60, l allure des formes d onde suivantes: - tension redressée (e o ) - courant dans le thyristor T3 (i T3 ) - courant dans le thyristor T6 (i T6 ) - courant dans la phase BA du primaire (i BA ) - courant dans la phase CB du primaire (i CB ) - courant dans la ligne B de la source (i B ) b)(2,0) c)(2,0) Pour un angle d amorçage de " = 45, quel est la valeur continue de la tension redressée? Pour un angle d amorçage de " = 45, quel est le ronflement de la tension de charge? Fig. 3. Convertisseur en étoile hexaphasée.

4 ÉCOL POLYTCHNIQU L examen mi-session H02-4/5 Question #4 (2 points) Soit un redresseur à mono-alternance qui est alimenté par une source sinusoïdale de tension efficace s et qui possède une charge ohmique-inductive à facteur de qualité unitaire. Dessinez ce circuit pour les fins de compréhension dans vos explications. a)(1,0) b)(1,0) Tracez l allure (en référence avec la tension de source) du courant et de la tension de charge; donnez les indications pertinentes. Utilisez une échelle d amplitude relative pour tracer vos chronogrammes. Vous ajoutez une diode de retour en parallèle avec la charge; pour le régime établi, tracez l allure du courant et de la tension de charge. Donnez vos commentaires par rapport à l opération sans la diode de retour. Quels avantages ressortent de ce circuit? Question #5 (2 points) Dans l étude générale des dispositifs de conversion d énergie, on peut identifier quatre différents modes de conversion. Décrivez sommairement (à l aide de schémas si nécessaire) ces différents modes de conversion, tout en y ajoutant quelques commentaires pertinents. Nommez au moins un dispositif statique associé à chacun de ces modes de conversion. Le professeur du cours L4400 Gilles Roy, ing.

5 ÉCOL POLYTCHNIQU L examen mi-session H02-5/5 ANNX - 1 (1) xpressions générales pour la tension continue ( occ ) et la tension efficace redressée ( oeff ) obtenues à la sortie d un redresseur de courant, opérant en continuité de courant, où ab représente la tension ligne-ligne à l entrée du redresseur: occ sin( π / p) = ab 2 π / p (3) oeff sin(2 π / p = ab 2 π / p 1/2 (4) (2) Développement série de la tension e o (t) à la sortie d un redresseur généralisé à diodes, opérant en continuité de courant: ( 2)( 1) eo = occ cos( pn t) + n ω 2 2 n= 1 pn 1 (5) (3) xpressions générales pour la tension continue ( occ ) et la tension efficace redressée ( oeff ) obtenues à la sortie d un convertisseur de courant, opérant en continuité de courant, où ab représente la tension ligne-ligne à l entrée du convertisseur: occ sin( π / p) = ab 2 cosα π / p (6) oeff sin(2 π / p) = ab cos(2 α ) 2 π / p 1/2 (7)