Savoir-faire expérimentaux.

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1 LYCEE LOUIS DE CORMONTAIGNE. 12 Place Cormontaigne BP METZ Cedex 1 Tél.: Fax : Sciences Appliquées. Savoir-faire expérimentaux.. Référentiel.. :. 5 Sciences. Appliquées A-1.3 : Circuit en régime périodique. C2 : Conversion alternatif continu : redresseur TP Sciences Physique 10 : Support Matériel : Alimentation continue Cablage à réaliser Matériel spécifique : Analyseur de réseau Fluck 43 Objectifs : Analyser le fonctionnement d un redresseur monophasé avec filtrage par condensateur Evaluer les perturbations, sur le réseau, dues à ce type d alimentation par rapport à la norme CEI et 2-2. Page 1 sur 6.

2 ALIMENTATION CONTINUE INTRODUCTION De nombreux appareils ( matériel informatique, matériel hifi, alimentation à découpage, variateur de fréquence..) reliés au réseau alternatif EDF transforme, dans un premier temps, la tension alternative du réseau en une tension continue. Vu du réseau, ils sont tous équivalents à un redresseur à diodes débitant sur un condensateur de filtrage. On ne s intéresse dans cet essai qu a un appareil relié à une source monophasé. Ces essais ont pour but d évaluer à travers la notion de puissances, de facteur de puissance et de taux d harmoniques le degré de perturbation apporté par l ensemble redresseur-condensateur de filtrage sur le réseau d alimentation. PREPARATION 1 Fonctionnement d un pont redresseur sans condensateur de filtrage D1 D2 i(t) ip(t) is(t) vp(t) vs(t) R v(t) 230V/ 24V VA D4 Donner l allure de la tension v(t) et des courants i(t), is(t) et ip(t). Indiquer les phases de conduction de diodes. Sans faire aucun calcul, donner le facteur de puissance vu du réseau de ce montage. 2 Filtrage de la tension v(t) par condensateur D3 Page 2 sur 6.

3 D1 D2 ired(t) i(t) ip(t) is(t) vp(t) vs(t) C R v(t) 230V/ 24V VA D4 D3 2 1 Fonctionnement du montage Expliquer qualitativement le fonctionnement de ce montage. Donner l allure de la tension v(t) des courants ired(t), is(t) et ip(t) en précisant bien les phases de conduction de diodes. 2 2 Modélisation du montage vu du secondaire du transformateur d alimentation On admet que le courant i(t) est parfaitement continue i(t) = Im La tension v s (t) est prise comme origine des phases : vs( t) = V 2 sin ω t. On admet que le courant is(t) peut être modélisé par l oscillogramme ci dessous. i2 Im θ = ωt 0 α π/2 π 3π/2 2π θ π α Indiquer les phases de conduction des diodes. Montrer que la valeur efficace Is de ce courant s exprime par Is = Im ( 1 2 ) π α Le courant is(t) peut se mettre sous la forme de la série de Fourrier ci dessous k is ( t) = = k = 0 4 Im cos (( 2 k + 1) α ) ( 2 k + 1) π sin (( 2 k + + 1) ω t ) Dans cette expression 2k+1 est le rang de l harmonique considéré. Quelle est la propriété du courant is(t) qui entraîne l absence d harmoniques de rang paire? Page 3 sur 6.

4 Donner, en utilisant la relation ci dessus, la valeur efficace I 1 du fondamental i 1 (t) en fonction de α. Quelle est le déphasage du fondamental i 1 (t) par rapport à vs(t)? Représenter l allure de vs(t), is(t) et du fondamental i 1 (t). Donner l expression de la puissance active, en fonction de α, Vs et Im absorbée par l ensemble Pont condensateur charge. Exprimer la puissance apparente Ss = Vs Is, au secondaire du transformateur. En déduire le facteur de puissance vu du secondaire fps = P/Ss MANIPULATION Dans toute la manipulation le courant moyen dans la charge sera mesuré avec un appareil à aiguille, les oscillogrammes seront visualisés avec un oscilloscope numérique et toutes les autres grandeurs seront mesurées avec la pince Fluck 43. Avant toutes mesures, il est impératif d aller dans le setup de la pince et de faire tous les réglages nécessaires à l analyse demandée. On notera Qf la puissance réactive due au fondamental du courant. 1 - Fonctionnement d un pont redresseur sans condensateur de filtrage Le montage sera alimenté par un transformateur 220V 500 VA multi-secondaire. On utilisera la sortie 24 V. La charge est un rhéostat : 50 Ω, 5 A. 1 1 Régler la charge de telle sorte qu elle absorbe un courant moyen Io de 4A Relever et commenter les oscillogrammes de v(t), i(t), v s (t) et i s (t). 1 2 Mesurer en amont du pont à diodes P, Q f, I, fp, DPF ainsi que le THD(F) du courant.. Relever le spectre de i(t). Justifier ces résultats. 2 Filtrage de la tension v(t) par condensateur Mettre en sortie du pont un condensateur de 5700µF. 2 1 Régler la charge de telle sorte qu elle absorbe un courant moyen Io de 4A Relever les oscillogrammes de v(t), i(t), v s (t) et i s (t). Indiquer les temps de conduction des diodes. A partir de l oscillogramme de i s (t), donner un modèle identique à celui de la figure 2 de la préparation. Préciser Im et α. Page 4 sur 6.

5 Mesurer en amont du pont à diodes : P, Q f, S, I, I 1, fp, DPF et le THD(F) du courant et de la tension. Commenter. Comment peut-on obtenir et calculer D.? En utilisant les résultats de la préparation et les évaluations de Im et α calculer I, I 1, P et fp. Que dire du modèle utilisé? Relever le spectre de i(t). Noter la valeur des harmoniques de courant des rangs 1 à 11. Cette charge respecte-t-elle la norme citée en annexe ( attention il y a 2 colonnes dans le tableau ) 2 2 Pour 5 valeurs de Ico tracer les caractéristiques I 1 (I), THD(I), fp(i). Que dire d une telle alimentation? ANNEXE Concernant la tension Les niveaux tolérables pour les tensions harmoniques sur les réseaux basse tension sont détaillés dans le tableau ci-dessous (CEI et ). Les valeurs sont exprimées en pourcentage de la tension fondamentale à 50 Hz. Concernant le courant. Limitation des harmoniques de courant produits par les appareils La norme CEI impose des limites à tous les matériels appelant un courant inférieur ou égal à 16A par phase exceptée les matériels de puissance inférieure à 50 W. Ces limites sont définies selon la classe des appareils (A, B, C ou D). Page 5 sur 6.

6 Classe A :Équipement triphasé équilibré et tout autre équipement à l'exception de ceux, des classes B, C et D. Classe B : Outils portatifs (pour cette classe, les limites x 1, 5 de la classe A sont valables) Classe C :Équipements d'éclairage avec ou sans variateur de lumière. Classe D :Équipements dont l'alimentation a un étage d'entrée constitué d'un pont redresseur à diodes suivi d'un condensateur et de puissance active < 600 W. Page 6 sur 6.