TP 2 h. B2 Proposer ou justifier un modèle Alimenter la chaîne d information. Date : Nom :

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1 B Proposer ou justifier un modèle Alimenter la chaîne d information Date : Nom : TP h 1 Introduction La fonction Alimenter d un objet technique doit assurer l alimentation en énergie de : la chaîne d énergie la chaîne d information La première chaîne demande une puissance importante dont la nature de l énergie employée va dépendre de l équipement (électrique, mécanique ou pneumatique). La seconde a souvent besoin d une énergie électrique fournie sous la forme d une continue (5, 1, 4 ). La puissance mise en jeu est relativement faible (quelques watts ou quelques dizaines de watts). De plus, pour garantir un fonctionnement correct de la chaîne d information, sa d alimentation doit être suffisamment stable. L objectif de cette séance est de vous montrer, en les quantifiant, les différentes composants qui participent à l élaboration d une continue régulée de 5 = ( %) à partir du réseau EDF 30 ~. ous allez construire pas à pas le montage proposé et réaliser les simulations demandées afin de bien vous approprier les étapes de cette transformation de l énergie électrique. ous disposez pour réaliser cette activité : Logiciel Orcad Capture Le document Notice Orcad 9.pdf Des tutoriels pour créer et simuler un schéma : tutoriels animés.htm Fonction de contrainte : s adapter à l énergie électrique Dans les systèmes techniques qui nécessitent l utilisation d une source de continue à partir du réseau électrique, nous avons une fonction de contrainte dont le diagramme FAST est présenté ci-dessous. Solutions constructives S adapter à l énergie électrique Abaisser la Transformateur Redresser la Pont de Gräetz Filtrer la Condensateur électrochimique Réguler la Régulateur intégré Travail préparatoire : Avant de visualiser l évolution des signaux permettant de réaliser la fonction "s adapter à l énergie électrique", vous allez créer un schéma électronique plus simple et le simuler à l aide de l outil Orcad Capture. Réaliser le schéma électronique proposé sous Orcad Capture à l aide des trois tutoriels présentés dans le document : Tutoriels animés.htm. TP alimenter la chaîne d information 1/6

2 3 Fonction technique abaisser la La fonction abaisser la est assurée par un transformateur. Le transformateur est un convertisseur statique; il transforme une sinusoïdale en une autre sinusoïdale de valeur efficace différente. Si N1 et e sont le nombre de spire et la au primaire, N et s pour le secondaire. Le rapport de transformation est : m N N 1 s e i i e s Nous désirons étudier un transformateur 30/1. Calculer le rapport de transformation m. m = En utilisant le document ressource, dessiner avec Orcad Capture le schéma correspondant à la fonction technique étudiée (ci-dessous). Le projet sera nommé Alimenter et placé dans un répertoire Orcad dans votre session. OFF = 0 AMPL = 35 FREQ = 50Hz 1 TX1 R3 1meg R v 1 v Transformateur réel RC 1k Schéma électrique Symbole convertisseur Symbole transformateur Le transformateur idéal XFRM_LINEAR se trouve dans la bibliothèque ANALOG. Modifier les paramètres : L1 = 3,67 H et L = 10 mh En effet d après la documentation constructeur m L L1 Créer un profil de simulation nommé temporelle avec une durée d analyse de 30 ms et visualiser les deux courbes indiquées par les sondes placées sur le schéma Par définition la valeur efficace S d un signal sinusoïdal s(t) est égal à la valeur maximale de son amplitude S max ou Ŝ divisée par racine de deux. Sˆ S s ms 4ms 6ms 8ms 10ms 1ms 14ms 16ms 18ms 0ms ms 4ms 6ms 8ms 30ms (1:+) (R:) Time Colorier sur le chronogramme les s v 1 (en vert) et v (en rouge). Mesurer et placer sur les courbes les valeurs 1max ( ˆ 1 ) et max ( ˆ ). ˆ 1 = ˆ = Calculer les valeurs efficaces des s notées 1 et et vérifier la conformité de ces valeurs avec le cahier des charges. 1 = = m Sauvegarder et faire valider votre travail en préparant des commentaires sur la simulation réalisée. alidation fonctionnement Heure : isa : TP alimenter la chaîne d information /6 1

3 4 Fonction technique redresser la Cette fonction est réalisée par un redresseur. Dans notre exemple nous utilisons un pont de diodes (pont de Graëtz) qui réalise un redressement double alternance. L'opération consiste à garder l alternance positive et à redresser l'alternance négative. Le signal obtenu est nommé continue redressée. i D1 i red Symbole convertisseur v u v red v 0 T T 0 T T v red Alternance positive (0 à T/) La v (t) est positive, les diodes D1 et D4 se mettent à conduire. Les diodes D et D3 sont bloquées car la à leurs bornes est négative. D1 et D4 sont passantes, D et D3 sont bloquées. Alternance négative (T/ à T) La v (t) est négative, les diodes D et D3 se mettent à conduire. Les diodes D1 et D4 se bloquent car la à leurs bornes est négative. D et D3 sont passantes, D1 et D4 sont bloquées. Compléter votre schéma en plaçant un pont de diodes et en déplaçant la résistance de charge RC et les sondes de. TX1 R D1 D OFF = 0 AMPL = 35 FREQ = 50Hz 1 red RC 1k R3 1meg D3 D4 isualiser et pour red ajouter une courbe avec l expression : (RC :)-(RC :1) s ms 4ms 6ms 8ms 10ms 1ms 14ms 16ms 18ms 0ms ms 4ms 6ms 8ms 30ms (D1:1) (RC:)- (RC:1) Time Colorier sur le chronogramme les s (en vert) et red (en bleu). TP alimenter la chaîne d information 3/6

4 Changer la plage d observation jusqu à 300 ms en utilisant l icône Edit Simulation Setting. Ajouter une courbe AG((RC :)-(RC :1)) qui représente l évolution Par définition la valeur de la moyenne de red (notée red ) et mesurer sa valeur pour moyenne d une t = 300 ms. redressée double alternance vaut : Calculer la valeur moyenne théorique red sachant que = 1. red.. red La différence entre ces deux s s explique par le fait qu à tout instant deux diodes conduisent. Ainsi la de sortie se trouve diminuée des s de seuil des deux diodes. Sauvegarder et faire valider votre travail en préparant des commentaires sur la simulation réalisée. alidation fonctionnement Heure : isa : 5 Fonction technique filtrer la Après redressement, la de sortie aux bornes du pont redresseur est loin d'être continue. Le filtrage a pour but de transformer cette redressée en une continue légèrement ondulée. L'élément utilisé pour réaliser cette fonction est le condensateur. red red filt filt filt t t Modifier votre schéma en plaçant un condensateur C1 de valeur 100 F aux bornes de la résistance de charge. isualiser la filt ((RC :)- (RC :1)) de 50 à 300 ms. Mesurer l ondulation filt, présentée sur la figure ci-dessus. filt = Modifier la valeur de la résistance de charge RC avec 100. Mesurer l ondulation filt. filt = Sauvegarder et faire valider votre travail en préparant des commentaires sur la simulation réalisée. alidation fonctionnement Heure : isa : TP alimenter la chaîne d information 4/6

5 3 GND La valeur de l ondulation de la dépend de la valeur de la résistance de charge, ce qui n est pas admissible si l on veut réaliser une alimentation régulée en. Le dernier élément de notre chaîne d alimentation va permettre de répondre à ce problème. 6 Fonction technique réguler la Malgré le filtrage, la aux bornes du condensateur n'est pas parfaitement continue, de plus son ondulation est fonction de la charge. Pour obtenir une parfaitement continue, quelles que soit les variations de aux bornes du condensateur de filtrage et de la valeur du courant de sortie fourni, on utilise un régulateur de. E S filt GND s filt s Caractéristique du régulateur : Un régulateur de possède trois bornes : une entrée E recevant la redressée filtrée, une sortie S qui délivre une très précise en sortie, une borne GND (masse) qui doit être reliée à la masse du montage. Modifier votre schéma pour qu il se présente sous la forme suivante. TX1 R D1 D U1 LM7805C 1 IN OUT OFF = 0 AMPL = 35 FREQ = 50Hz 1 R3 filt C1 100u S RC 100 1meg D3 D4 Le régulateur LM7805C sera placé après avoir ajouté la bibliothèque OPAMP lors de son placement. TP alimenter la chaîne d information 5/6

6 isualiser filt et S et donner la valeur de la de sortie du montage S. S = Justifier le choix du composant et vérifier que le cahier des charges donné en première page est respecté. Sauvegarder et faire valider votre travail en préparant des commentaires sur la simulation réalisée. alidation fonctionnement Heure : isa : Compléments sur les régulateurs de Rôle : Fournir en sortie une vs = U o constante quelques soient les variations de la charge alimentée et tant que : le courant de sortie is est inférieur à la valeur I o, (protection contre les courts circuits), la d entrée ve est suffisante. Caractéristiques : Ce Cs vs Le condensateur Ce à l entrée du régulateur limite les ondulations de la de sortie du redresseur. Le condensateur Cs qui se trouve à la sortie empêche les oscillations à haute fréquence. La caractéristique vs = f(ve) nous montre bien que pour avoir en sortie vs = U o, il faut que : emin ve emax. En général, la emin est égale à Uo + drop ( drop = (e-s) mini à 3 ). La caractéristique vs = g(is) nous montre bien que vs est indépendant de is tant que celui ci est inférieur à Io. Au delà, la limitation entre en action et fait chuter la afin de limiter is à la valeur I omaxi. Régulateur de ajustable : La figure ci-dessous présente une application typique du régulateur ajustable LM317 dont la de sortie est contrôlée par la résistance variable R. Le régulateur garde une constante de 1,5 aux bornes de la résistance R 1. La de sortie dépend de la combinaison des résistances R 1 et R et peut être calculée à l aide de l équation suivante : R out 1,5.(1 ). Le régulateur LM317 permet de construire des sources variables de allant de 1, à 37 et offre un courant maximal de sortie de 1,5 A. TP alimenter la chaîne d information 6/6