Électronique industrielle (ELE4400) Examen de mi-session - automne 2002

Transcription

1 ÉCOLE POLYTECHNIQUE ELE examen de mi-session A02-1/5 Électronique industrielle (ELE4400) Examen de mi-session - automne 2002 (Le 7 octobre 2002) Notes: 1) Aucune documentation permise; calculatrice non programmable permise. 2) Durée: 2 heures et 20 minutes - 14h45 à 17h05. Gilles Roy 2002 Question #1 (4 points) Soit le circuit équivalent de la figure 1 où les expressions respectives pour la tension et le courant de source sont: e( ωt) = 240 2sin( ωt) (1) [ ] i( ωt) = 2 24sin( ωt 30 ) 5sin(3ωt+ 45 ) + 3sin(5ωt 45 ) (2) Calculez la valeur numérique des paramètres suivants: a)(1,0) c)(1,0) La distorsion harmonique totale du courant. La puissance réactive en jeu. Le facteur de déplacement d)(1,0) Le facteur de puissance (8). Fig. 1. Source sinusoïdale alimentant une charge non-linéaire.

2 ÉCOLE POLYTECHNIQUE ELE examen de mi-session A02-2/5 Question #2 (5 points) Le redresseur en pont triphasé, présenté à la figure 2, est raccordé, par l intermédiaire d un transformateur, à une source d alimentation E RR = 600 V, 60 Hz. Le rapport de transformation du transformateur est 4:1 (phase primaire à phase secondaire). La charge de nature ohmique-inductive est constituée d une résistance R = 18 S et d une inductance L = 8 mh. Supposez un comportement idéal des diodes. a)(1,5) Tracez (sur une feuille de courbes polyphasées) les formes d onde suivantes: - tension redressée (e o ) - courant dans les diodes D1 et D4 (i D1 et i D4 ) - courant dans la phase an au secondaire (i a ) - courant dans la phase AC au primaire (i AC ) - courant dans la phase BA au primaire (i BA ) - courant dans la ligne A (i A ) b)(1,5) c)(2,0) Faites le développement série de la tension redressée (e o ), en limitant la série aux deux premiers harmoniques. Pourquoi n est-il pas nécessaire de prolonger le développement de cette série? Quel est le ronflement du courant de charge? Justifiez votre calcul. Fig. 2. Redresseur en pont triphasé avec une charge ohmique-inductive.

3 ÉCOLE POLYTECHNIQUE ELE examen de mi-session A02-3/5 Question #3 (6 points) Le redresseur en étoile hexaphasé donné à la figure 3 est alimenté par une source triphasée de E RR = 240 V, 60 Hz. Le rapport de transformation du transformateur est 4:1 (phase primaire à phase secondaire). La charge de nature ohmique-inductive doit être considérée commme fortement inductive; le courant de charge fait I occ = 24 A. Supposez un comportement idéal du transformateur et des diodes. a)(2,0) Quelle est la puissance dissipée dans la charge? Quelles sont les valeurs continue et efficace du courant dans une diode? c)(1,5) Calculez la capacité des enroulements du primaire et du secondaire en fonction de la puissance de la charge. Quel est le rapport de la capacité des enroulements du côté secondaire sur celle du côté primaire? Commentez votre résultat. d)(1,5) Quel est le facteur de puissance vu de la source? Qu est-ce qui cause le fait que ce facteur ne soit pas unitaire? Fig. 3. Redresseur en étoile hexaphasée.

4 ÉCOLE POLYTECHNIQUE ELE examen de mi-session A02-4/5 Question #4 (2 points) Soit un redresseur à mono-alternance qui est alimenté par une source sinusoïdale de tension efficace E s et qui possède une charge ohmique-inductive à facteur de qualité unitaire. Dessinez ce circuit pour les fins de compréhension dans vos explications. a)(1,0) Tracez l allure (en référence avec la tension de source) du courant et de la tension de charge; donnez les indications pertinentes. Utilisez une échelle d amplitude relative pour tracer vos chronogrammes. Vous ajoutez une diode de retour en parallèle avec la charge; pour le régime établi, tracez l allure du courant et de la tension de charge. Donnez vos commentaires par rapport à l opération sans la diode de retour. Quels avantages ressortent de ce circuit? Question #5 (3 points) Quelle serait la nouvelle valeur de l inductance du circuit de la figure 2 (associée à la question no.2) pour limiter à 1% le coefficient de ronflement du courant de charge? Justifiez votre calcul. Le professeur du cours ELE4400 Gilles Roy, ing.

5 ÉCOLE POLYTECHNIQUE ELE examen de mi-session A02-5/5 ANNEXE - 1 (1) Expressions générales pour la tension continue (E occ ) et la tension efficace redressée (E oeff ) obtenues à la sortie d un redresseur de courant, opérant en continuité de courant, où E ab représente la tension ligne-ligne à l entrée du redresseur: E occ sin( π / p) = Eab 2 π / p (3) E oeff sin(2 π / p = Eab 1+ 2 π / p 1/2 (4) (2) Développement série de la tension e o (t) à la sortie d un redresseur généralisé à diodes, opérant en continuité de courant: + n ( 2)( 1) eo = Eocc 1+ cos pn t n= 1 pn ( ω ) (5)