Prise en mains du logiciel de simulation PSIM. Simulation de la réalisation d un hacheur série

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1 NOM : prénom : Prise en mains du logiciel de simulation PSIM Simulation de la réalisation d un hacheur série Grille d évaluation Les compétences à développer en sciences appliquées. Les compétences évaluées dans ce TP. C02 : Choisir une solution technique Les critères de performance. Barème de notation : 20 pts Le contenu spécifique à ce TP C03 : Analyser une solution technique C06 : Respecter une procédure Réalisation correcte de la saisie du circuit étudié. Initialisation des grandeurs conforme aux valeurs numériques voulues. Affichage correct des courbes. Détermination correcte des valeurs numériques. 12 pts C07 : Argumenter sur la solution technique retenue C10 : Réaliser les représentations graphiques nécessaires C17 : Mettre en oeuvre des moyens de mesurage C18 : Interpréter des indications, des résultats de mesures et d essais La présentation des courbes est effectuée avec soin. Les échelles sont bien choisies. L intervalle de conduction de la diode est bien placé. 4 pts 2 pts C19 : Identifier les paramètres de réglage Le rôle du rapport cyclique est bien compris.. C20 : Régler les paramètres C24 : Suivre la réalisation C33 : Animer une réunion 2 pts Zone réservée aux remarques émises par le professeur au cours de la séance de TP : page n 1/12

2 Objectifs : Simulation de la réalisation d un hacheur série à l aide de PSIM Prendre en mains le logiciel de simulation PSIM v7. Etudier un cas concret d utilisation d un hacheur. Nous cherchons à réaliser le réglage de la valeur moyenne de l intensité du courant d inducteur d une machine à courant continu. Actuellement ce réglage s effectue par un rhéostat placé en série entre la source et l inducteur, selon le schéma suivant. Le défaut de ce montage est un mauvais rendement. En effet le courant d inducteur circulant dans le rhéostat produit des pertes Joule importantes. Le réglage de la valeur moyenne de ce courant peut être réalisé par un interrupteur qui s ouvre puis se ferme périodiquement. La valeur moyenne du courant sera alors réglée par la durée de fermeture de l interrupteur. L avantage d un interrupteur est qu il dissipe qu une faible puissance. En effet, lorsqu il est ouvert aucun courant ne le traverse et donc la puissance qu il reçoit est nulle. Lorsqu il est fermé la tension entre ses bornes est nulle, il ne reçoit alors aucune puissance. Le rendement obtenu par cette méthode de réglage doit se rapprocher de Prise en main du logiciel Tracé du circuit 11) Initiation à PSIM A- Étude du Redresseur à l aide du logiciel PSIM. Les limitations connues : Uniquement des simulations temporelles. 7 sources. 7 sondes points maximum pour le tracé des courbes. Le groupe de programmes : Les programmes d utilisation courante : Le lancement se fait par le module maître : «PSIM» La fenêtre de «PSIM» : page n 2/12

3 Telle qu elle se présente juste après le lancement : La création d un projet de simulation : Après avoir «cliqué» sur New la page de dessin s affiche : Barre d outils sauvegarde Crayon de connexions Pointeur de sélection zoom Placer du texte Page de dessin Lancer : le calcul, la visualisation des résultats Barre d éléments Les composants principaux sont situés dans la barre d éléments. Un clic de souris sur l image sélectionne un élément. ( Astuce : pour libérer le curseur après avoir choisi un élément cliquer sur le pointeur de sélection.) Les autres composants sont disponibles dans le menu «éléments» Voir en annexe le détail du contenu de chaque rubrique. 12) Tracé du circuit étudié page n 3/12

4 Effectuer les opérations dans l ordre a) L implantation des composants. Astuce : pour faire tourner un composant : utiliser le clic droit de la souris juste après l avoir sélectionné dans le menu. Sinon utilisez les boutons de la barre d outils après avoir sélectionner l élément : Ou encore, sélectionner l élément puis utiliser le menu «Edit». b) Le tracé des liaisons. page n 4/12

5 Un clic maintenu de souris sur le point de départ d une liaison. Puis on relâche le bouton de souris à la fin du fil. En cas d erreur : Sélectionner le pointeur de sélection, cliquer sur le fil à enlever, puis la touche «SUPPR» ( ou «Edit»puis «CUT»). 13) Nommer et définir les valeurs des composants. Il faut faire avec le pointeur un double clic sur l élément puis renseigner les champs de la fenêtre. Exemple pour nommer une diode : Niveau de tension à l état passant Etat initial : Ouvert (0) Fermée (1) Calcul de son courant oui (1) non (0) Voici les fenêtres des autres composants. page n 5/12

6 Votre circuit doit être présenté tel que : Le circuit est maintenant prêt à être étudié. Il a été prévu de calculer les grandeurs : Vr tension du réseau Ir intensité du courant prélevé au réseau Ue tension en sortie du redresseur Ie intensité du courant dans la charge ( supposé être l inducteur de la machine) Remarque : Attention la démo ne permet que de calculer 7 grandeurs. Les autres grandeurs sont, bien sur, accessibles, mais sur un nouveau calcul en déplaçant les sondes. 2- Prise en main du logiciel La simulation page n 6/12

7 21) Paramétrage de la simulation Il s agit d une simulation temporelle des grandeurs. Mise en place du «bloc» de contrôle. La fenêtre d initialisation : Le pas de calcul La valeur maximale de la durée étudiée Origine des temps pour l affichage des résultats Le pas d affichage On a choisi d étudier les grandeurs sur deux périodes du réseau (40 ms). Le pas de calcul de 10 µs donne 4000 points calculés. Les résultats seront affichés dès l origine des temps. Les 4000 points calculés seront affichés. 22) Le lancement des calculs. Il est préférable de cocher la case : Un clic sur l icône : Les calculs s effectuent puis le module de visualisation s ouvre. 23) La visualisation des courbes des fonctions suivies par les grandeurs calculées. Pour afficher sur un graphe les évolutions de la tension UE. page n 7/12

8 1 2 3 Pour afficher sur le même graphe que Ue la tension du réseau Vr Pour afficher les courants sur deux autres graphes : Placer un nouveau graphe : Puis choisir la grandeur affichée dans ce graphe. Les boutons de la barre d outils : page n 8/12

9 24) Valeurs particulières prises par les grandeurs Obtention de la valeur moyenne. a) Première possibilité Fermer la parenthèse avec le clavier 6 8 La valeur moyenne est la valeur de AVG(Ie) pour le plus grand temps affiché ( à condition qu elle se stabilise). Pour l obtenir : 1 Un clic sur le graphe 2 Déplacer la souris vers 40 ms en restant appuyé. 3 b) Deuxième possibilité. page n 9/12

10 Ouvrir la fenêtre de «measure» comme précédemment. 1 Un clic sur le nom de la grandeur 2 Choisir la mesure à effectuer : 1 2 La valeur moyenne s affiche 3 Remarque : les valeurs «max», «min» et efficace ( RMS) s obtiennent de la même façon. 25) Reprise des calculs lorsque l on désire changer les paramètres du circuit. Revenir à PSIM : Cliquer sur l icône de la barre des tâches de windows. Puis effectuer les modifications nécessaires. page n 10/12

11 3- Travail de simulation à effectuer On désire étudier les dix premières périodes du réseau après la mise sous tension. Changer pour cela les paramètres du bloc «simulation control» On désire visualiser en plus des grandeurs précédentes le courant traversant la diode D1. Effectuer la modification nécessaire. Lancer la simulation et présenter les courbes de la manière suivante : Sur un graphe : ( Ue et Vr), sur des graphes différents : Ir, Ie et Id1. Imprimer ces graphiques. Indiquer sur les courbes les zones ou la diode D1 est conductrice. Quelle est la valeur efficace de la tension Vr? La relation avec son amplitude ( Vrmax ) est-elle respectée? Evaluer les valeurs moyennes de Ue et de Ie. La relation Uemoy = R Iemoy est-elle vraie? Quelle est la fréquence de Ue? Quelle est la valeur de l ondulation du courant Ie ( ie = Iemax Iemin) 4- Réglage de l intensité du courant Ie. page n 11/12

12 Modifier le circuit de manière tel que : L interrupteur se ferme lorsque la tension Vcom est égale à 1 ; Il est ouvert si Vcom vaut 0. Les nouveaux paramètres sont : Lancer la simulation et imprimer les courbes : Ue, Ie, Vcom. Evaluer la valeur moyenne Iemoy de l intensité du courant Ie. Comparer à la valeur précédente. Influence du rapport cyclique ( Duty Cycle ) du générateur de commande sur le courant moyen. Effectuer les simulations qui permettent de remplir le tableau : Rapport cyclique 0,1 0,9 Iemoy Quelle grandeur règle la valeur moyenne du courant ie? page n 12/12