1/ Redresseur : 1.1/ Formes d onde pont PD2 : Nous invitons le lecteur à se reporter à la fig 2 (page 3). V20m. Page 10. Tension sortie redesseur

Transcription

1 PRTI B

2 1/ Redresseur : ous invitons le lecteur à se reporter à la fig 2 (page 3). 1.1/ Formes d onde pont P2 : Tension sortie redesseur V20m Π 2Π 3Π 4Π θ Tension aux bornes du condensateu ma mi θ ourant dans une diode 0 Π 2Π 3Π 4Π θ θ θ1 θ2 θ Page 10

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4 2/ Hacheur 4 quadrants 2.1/ Structure du circuit de puissance Il est composé de quatre transistors avec des diodes en anti-parallèle qui forment les deux bras d un montage en pont. On parle aussi de montage en H ( cf figure 8). Fig 8 Montage en pont ou en H Le montage en pont joue vis à vis de la machine à courant continu le rôle d une source de tension variable réversible en tension et en courant. Il permet ainsi le fonctionnement dans les quatre quadrants. 2.2/ Fonctionnement dans les quatre quadrants pour la machine à courant continu Les relations de la machine à courant continu montrent que : - la vitesse est proportionnelle à la force électromotrice c. - le couple électromagnétique em est proportionnel au courant I. ous pouvons donc définir dans un plan couple-vitesse, quatre quadrants de fonctionnement : - Quadrant 1 : c.i = 2.Π..em > 0. > 0. Fonctionnement en moteur. Lors des phases de montée en vitesse, on a d Ω > 0. L équation générale de la dt dynamique s écrit : moteur. régime établi. em r Jt d Ω = > 0, avec Jt moment d inertie total sur l arbre du dt em> r. Le moteur doit donc développer un couple supérieur à celui qu il développe en Page12

5 Quadrant 2 : dynamique s écrit : c.i = 2.Π..em < 0. > 0. Fonctionnement en génératrice. Lors des phases de ralentissement, on a d Ω < 0. L équation générale de la dt em r Jt d Ω = < 0 dt em< r. Si on veut une décélération lente, le moteur doit développer un couple moteur pour éviter un arrêt prématuré. Si au contraire on veut une décélération rapide, le moteur doit développer un couple résistant renforçant celui produit par la charge. On effectue alors un freinage électrique. - Quadrant 3 : c.i = 2.Π..em > 0. < 0. em < 0. em r Jt d Ω = > 0 dt Fonctionnement en moteur. - Quadrant 4 : c.i = 2.Π..em < 0. < 0. em > 0. em r Jt d Ω = < 0 dt Fonctionnement en génératrice. ous pouvons à présent représenter le plan ( em ) ou c( I ). n effet les proportionnalités /c d une part et em/i d autre part permettent de confondre les deux plans. Page13

6 La charge entraîne le moteur Le moteur monte la charge M O T Moteur axe Z aisse em Q U R T 2 Q U R T 1 Moteur axe Z aisse em em Le moteur descend la charge La charge entraîne le moteur en sens inverse S T Moteur axe Z aisse em Q U R T 3 Q U R T 4 Moteur axe Z aisse em n montée, au démarrage, le couple moteur doit être suffisant pour que la charge ne descende pas : quadrant Q1. fin d obtenir un arrêt rapide, il est nécessaire d appliquer un couple de freinage : quadrant Q2. n descente, un fonctionnement rapide nécessite l application d un couple moteur bien que la charge soit entraînante : quadrant Q3. Pour contrôler la descente, il faut générer un couple de freinage : quadrant Q4. ` Page14

7 2.3/ aractéristiques de fonctionnement du hacheur et du moteur u paragraphe.3.2.3, nous avons vu que la tension moyenne en sortie du hacheur est : Vcmoy = α n régime continu, la valeur moyenne Vc est donc linéaire. ous obtenons donc la relation suivante pour la valeur moyenne de la tension aux bornes de l induit de la machine à courant continue : Vcmoy =α = c + R moy. ous pouvons en déduire la relation suivante : c = K = Vcmoy- R moy = α - R moy. ous pouvons à présent donner, pour quelques valeurs de α, les caractéristiques c (I) ou ( em) dans les quatre quadrants. ( ou c ) QURT 2 QURT 1 α = 1 α = 0,75 α = 0,50 α = 0,25 α =0 em( ou ) α = - 0,25 α = - 0,50 α = - 0,75 α = - 1 QURT 3 QURT 4 Page15

8 2.4/ Trajet du point de fonctionnement pour une machine à courant continu travaillant dans les quatre quadrants. ous étudierons le cycle suivant : t ous désirons donc pour ce cycle : - travailler dans les deux sens de rotation. - passer rapidement d un sens à l autre. ous pouvons à présent représenter le trajet du point de fonctionnement : M1 1 B QURT 2 QURT 1 - Imax + Imax O e m QURT 3 QURT 4 M2 - Trajet O : u démarrage l écart de vitesse est maximal, le sortie du régulateur de vitesse atteint la butée courant Imax. La boucle de courant est attaquée par Imax et devient prioritaire. Page16

9 - Trajet B : Le régulateur de courant règle α au fur et à mesure que la vitesse augmente afin de maintenir I à Imax. u point B, l écart de réglage de la vitesse étant faible, le système de commande commute sur le régulateur de vitesse. - Trajet BM1 : Le régulateur de vitesse règle α pour atteindre d une part M1 et d autre part pour se stabiliser en M1. - Trajet M1 : Pour inverser le plus rapidement possible le couple, on abaisse brusquement la tension en inversant I et en l amenant à Imax. Il est donc nécessaire que le hacheur soit réversible en courant. - Trajet : Pour atteindre la vitesse 2, on diminue Vc à courant constant et égal à - Imax. Il est donc nécessaire que le hacheur soit réversible en tension. - Trajet M2 : idem. - Trajet M2 : On inverse très rapidement le couple. - Remarque concernant l axe Z : Le système axe Z fonctionne essentiellement dans les quadrants 1 et 4.Le passage dans les quadrants 2 et 3 a lieu lors des transistoires. 2.5/ Formes d onde d un hacheur réversible en tension et en courant fonctionnant dans les quatre quadrants 2.5.1/ Formes d onde : Vc Page17

10 Vc QURT Q1 QURT Q2 QURT Q3 QURT Q / Fonctionnement dans le quadrant Q1 : T1 3 T / Fonctionnement dans le quadrant Q2 : T3 T2 4 Page18

11 2.5.4/ Fonctionnement dans le quadrant Q3 : T3 T / Fonctionnement dans le quadrant Q4 : T1 3 T / ontraintes pour les transistors MOSFTs n tension La tension que doit tenir le transistor M.O.S est la tension d entrée maximale à savoir : VS=V20 2 VS=54 2=76 volts. ous prenons une marge de 100%, ce qui donne 152 volts. Page19

12 n courant - courant crête : est le courant maximal que devra couper le transistor M.O.S. e courant correspond au courant maximal que peut débité le variateur. Imax = 15. hoix - courant moyen : est le courant moyen maximal qui passera dans le transistor. Imoy = 10. otre choix se portera sur le transistor IRFP250 (International Rectifier) qui est volontairement surdimensionné. 2.7/ Filtre capacitif Le filtre capacitif consiste en un condensateur électrolytique en aluminiun placé en parallèle avec le hacheur, c est le filtrage par condensateur en tête. vantages Il fournit une tension de sortie élevée par rapport à sa tension d entrée. Il présente une bonne éfficacité avec un faible taux d ondulation. Inconvénients Le principal inconvénient est la production de surintensités importantes pour les diodes du pont P2. n effet, le courant de pointe dans les diodes est très supérieur au courant moyen. n conséquence, il faut choisir des diodes pouvant supporter des courants de pointes élevés ( cf paragraphe B.1). imensionnement Pour choisir un condensateur, il faut déterminer sa capacité et sa tension nominale. Pour la tension, nous avons pris une marge de sécurité de 60 % soit V. étermination de la capacité : xtrait du cahier des charges : Tension secondaire : 54 V ± 5 %. Tension continue : 60 V. Faible résistance série (.S.R ). ncombrement : hauteur minimale. Précision condensateur : ± 20 %. Page20

13 onsidérons la figure suivante : max moy min T1 T2 ous pouvons faire l hypothèse que la tension aux bornes du condensateur est de forme triangulaire après la première alternance : Remarque n conséquence, nous pouvons écrire la relation suivante : e plus : ela donne : Q = Imoy.T2 =. Imoy.T/2 = ( Imoy.T ) / ( 2. ) = Imoy / ( 2..F ) = max - min = 2.( max - moy ) max = V20. 2 = = 72 V. = 2.( ) = 24 V. = 8 / µf. fin de diminuer SR, on va disposer plusieurs condensateurs de 680 µf en parallèle. onnaissant la tolérence sur les condensateurs, nous avons : 680 µf ±20% = 545 µf. ombre de condensateurs = 3300 / 545 = 6. Soit 6 condensateurs de 680 µf, ±20%, 100 V. On dispose sur chaque bras du hacheur, un condensateur polypropylène de 4.7 µf. Il fait office de filtre HF. Page21