Électronique industrielle (3.539) Examen final

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1 ÉCOLE POLYTECHNIQUE Électronique industrielle - examen final A00 - page 1/6 Électronique industrielle (3.539) Examen final (Le 21 décembre 2000) Notes: 1) Aucune documentation permise; calculatrice non programmable permise. 2) Durée: 2 heures et 30 minutes - 9h30 à 12h00. Gilles Roy 2000 Question #1 (5 points) Un onduleur en pont monophasé, présenté à la figure 1, est alimenté par une source continue E 1 = 300 V et fournit un courant de charge dont l expression simplifiée est la suivante: i o (540 A) sin( t 30 ) (1) Supposez un fonctionnement idéal de cet onduleur. a)(2.0) Dessinez les diagrammes temporels pour la tension de charge (e o ), le courant de charge (i o ) et le courant de source (i 1 ), en prenant soin d indiquer les intervalles de conduction de chaque semi-conducteur. Ajoutez quelques commentaires pertinents sur la commande des transistors et le rôle des diodes. (Note: donnez l allure des formes d onde pour une durée d au moins une période et demie de la tension e o ). b)(1.0) Quelle est la durée de conduction, en degrés électriques, du transistor K1 et de la diode D1? c)(2.0) Calculez la valeur moyenne du courant de source (I 1 ) et la puissance (P 1 ) fournie par la source E 1. Justifiez votre réponse. Fig. 1. Onduleur en pont monophasé.

2 ÉCOLE POLYTECHNIQUE Électronique industrielle - examen final A00 - page 2/6 Question #2 (5 points) Le convertisseur en pont triphasé, donné à la figure 2, est raccordé directement à une source triphasée de E = 240 V, 60 Hz. La charge est formée d une résistance R = 0,4, d une inductance L = 4,0 mh et d une batterie E c = 240 V. Supposez un comportement idéal du convertisseur. Procédez aux calculs demandés pour une opération avec un angle d amorçage de = 30. a)(2.0) b)(1.0) c)(2.0) Donnez la valeur continue de la tension redressée ainsi que celle du courant redressé. Calculez la valeur efficace associée au premier harmonique de la tension redressée. Quelles sont les valeurs des puissances active (P s ), réactive (Q s ) et apparente (S s ) du côté de la source d alimentation? Justifiez vos calculs. Fig. 2 Convertisseur en pont triphasé avec une batterie dans le circuit de charge.

3 ÉCOLE POLYTECHNIQUE Électronique industrielle - examen final A00 - page 3/6 Question #3 (6 points) Un hacheur élévateur, comme celui présenté à la figure 3, est utilisé pour alimenter un transmetteur radio portatif, à partir d une batterie dont la tension nominale fait E 1 = 6 V. La charge équivalente de ce transmetteur représente 18 W. Une boucle d asservissement maintient la tension de sortie réglée à E o = 12 V. La fréquence d activation du commutateur statique est f = 65 khz. Supposez un fonctionnement idéal du hacheur et une opération en régime établi. a)(1.0) b)(2.0) c)(1.5) Démontrez que le gain du hacheur est égal à 1/(1-k). Déterminez une valeur réaliste pour l inductance du hacheur afin que l ondulation de courant dans celle-ci ne dépasse pas 0,5 A (valeur crête-crête). Supposez une variation négligeable de la tension de sortie, grâce à un condensateur de valeur appropriée. Justifiez vos hypothèses de calcul et les développements présentés. Pour les conditions d opération énoncées précédemment, tracez sur la feuille du formulaire fournie à l Annexe-2, l allure des formes d onde suivantes: (ajoutez-y les indications pertinentes) - tension aux bornes du commutateur statique (e K ) - courant dans l inductance (i L ) - courant dans le commutateur statique (i K ) - courant dans la diode de retour (i d ) - courant dans le condensateur (i C ) d)(1.5) Calculez une valeur réaliste pour le condensateur de sortie afin de limiter à 1% l ondulation relative de la tension de sortie. Supposez des conditions d opération identiques à celles données précédemment. Fig. 3. Hacheur élévateur de tension.

4 ÉCOLE POLYTECHNIQUE Électronique industrielle - examen final A00 - page 4/6 Question #4 (4 points) En référence avec l outil de simulation numérique Enelmach, tracez le schéma structurel du hacheur élévateur donné à la figure 3. Utilisez les blocs fonctionnels tels qu on les retrouve dans la librairie d Enelmach (ie: diode, transistor, inductance, etc...). Indiquez les signaux d entrée des différents blocs, ainsi que leurs signes appropriés. Il n est pas nécessaire de donner les détails internes des blocs fonctionnels. Le professeur du cours Gilles Roy, ing. Bonne fin de session et Meilleurs voeux!

5 ÉCOLE POLYTECHNIQUE Électronique industrielle - examen final A00 - page 5/6 ANNEXE - 1 (1) Expression générale pour la tension continue (E occ ) obtenue à la sortie d un convertisseur de courant, montage en pont: (où E ab représente la tension ligne-ligne à l entrée du convertisseur) E occ E ab 2 sin( /p) /p cos (2) (2) Expression générale de la valeur relative d intensité d un harmonique de tension à la sortie d un convertisseur de courant: E opn E occ,max 2 p 2 n 2 1 p 2 n 2 sin 2 cos 2 1/2 (3) (3) Valeur efficace (I a,1 ) et déphasage ( 1) du fondamental de courant à l entrée d un convertisseur de courant en pont triphasé: I a,1 6 Iocc et 1 (4) (4) Ondulation de courant dans l inductance d un hacheur élévateur de tension: I l E 1 k fl (5) (5) Relation trigonométrique utile: sin(a bx) dx 1 b cos(a bx) (6)

6 ÉCOLE POLYTECHNIQUE Électronique industrielle - examen final A00 - page 6/6 ANNEXE - 2 Nom: Matricule: Fig. 4. Diagramme temporel associé au hacheur élévateur de la question no.3.

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