B.T.S. ELECTROTECHNIQUE DEUXIEME ANNEE

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1 Objectifs :. Mettre en œuvre l alimentation ACORE.. Identifier les différentes fonctions présentes au sein de l alimentation ACORE.. Analyser le comportement de l étage de puissance.. Valider au moyen de mesures les performances de l étage de sortie.. Analyser le comportement du filtre en sortie de l étage de puissance. Acquis-préalables : - Principe de fonctionnement des thyristors et des ponts commandés - Notion de Filtrage et de fréquence de coupure. - Manipulation d un oscilloscope un mémoire. Critères d évaluations : Qualité du câblage, clarté et précision du rapport, des relevés. Exactitude des calculs, des explications. Recherche d information, méthode Organisation du poste de mesure, du travail. Comportement face aux matériels. Respect des règles de sécurités (travail hors tension) Présentation du système : L alimentation continue de marque ACORE est utilisée pour alimenter des électrolyseurs. Les électrolyseurs permettent de créer une réaction chimique (oxydo-réduction) permettant entre autre de déposer une couche de métal sur une pièce métallique (plaquage). L alimentation doit être réglable (tension et intensité) et l intensité débitée doit présenter une ondulation résiduelle la plus faible possible. Mise en situation 1. Electrolyse Dans un électrolyseur : la cathode est l électrode par laquelle le courant entre dans l électrolyseur, l anode est l électrode par laquelle le courant sort de l électrolyseur, l oxydation a lieu à l anode, la réduction (le plaquage du métal) a lieu à la cathode. Lycée Geoffroy Saint-Hilaire Page 1/6

2 1.1. Compléter le schéma de principe du document réponse 1 en indiquant la position de l anode, la position de la cathode, le sens du courant (en rouge) et le sens de parcours des électrons dans le circuit (en bleu) Citer l électrode sur laquelle on doit mettre la pièce à traiter. On désire déposer du métal, donc faire un plaquage, la pièce doit être a la cathode (borne -) 2. Approche matériel globale 2.1. Donner le nom et la fonction des blocs numérotés de 1 à 7 du le schéma électrique de l alimentation ACORE (Annexe 1). Vous répondrez sur le document réponse 2. Etude de l étage redresseur 3. Identifier le type de redresseur utilisé dans l alimentation ACORE (Répondre sur le document réponse 3) 4. Stratégie de la commande des thyristors Soit 1 l angle de retard à l amorçage du thyristor THY1 et 2 celui de THY2 1 et 2 sont définis en radians V 1 V 2 V S 4.1. Indiquer la relation qu il existe entre 1 et 2 2 = π Tracer les formes d ondes V 1, V 2 et V s pour un angle 1 = 0rad (Sur le document réponse 4) 4.3. Donner la valeur de la fréquence du signal V E : 100 Hz 4.4. Donner l expression de la valeur moyenne du signal V E en fonction de 1 en conduction continu <Vs> = 2V 1 2cos 1 /π en conduction discontinu <Vs> = V 1 2 (cos 1 +1)/π Lycée Geoffroy Saint-Hilaire Page 2/6

3 5. Expérimentation étage de redressement L expérimentation sera réalisée sans la partie filtrage de l alimentation Acore (Condensateur débranché et inductance court-circuitée par 2 cordons en parallèles) Condition de mesures : Pince de courant : 10mV/A Réglage : tension =5 intensité =5 Charge 100% indication quadrant V=6V I=23 A Is 22V Vs Th1 Temps de conduction de Th2 Tension de sortie Angle de retard a l amorçage : α = 2,2 π/5 =79,2 80 A valeur moyenne calculée : <VS> = 22(cos 79,2+1)/π= 8,31 V <Is> = 30 A Retard a l amorçage α Intensité de sortie Charge 50% Tension de sortie Temps ou Th1 conduit Temps ou Th2 conduit Loi des mailles : Aux bornes de th1, on retrouve V1+Vs lorsque Th2 conduit donc 44 v max (2*V) Lorsque ni th1, ni th2 conduit on retrouve la tension sinusoïdale V1 Courant de sortie Tension au bornes de TH1 La forme de la tension et du courant sont identique, charge résistive,(u=ri), La conduction est discontinu Si on diminue de moitié la charge résistive, on diminue de moitié la valeur du courant, la tension impose par le transformateur et le retard d angle a l amorçage ne change pas L écart entre les valeurs mesurée et le calcul, s explique du fait de la précision des mesures et que la tension de départ n est pas parfaitement sinusoïdale Lycée Geoffroy Saint-Hilaire Page 3/6

4 6. Etude de l étage de sortie L L étage de sortie est constitué d une inductance L( L= 1,268mH) et d un condensateur de capacité C, le tout jouant le rôle d un filtre. La charge est une résistance R. v E C R v S 6.1. Rechercher la valeur de la capacité C dans la documentation technique C = 4700µF 6.2. Calculer la valeur de R R = 12/ 50 = 0,24Ω L étage de sortie a une fonction de transfert de la forme Après calcul on obtient la fonction de transfert suivante 6.3. Donner l expression de m et de o (par identification des deux fonctions de transfert) LC = 1/Wo² d où Wo = 1/ LC 2m/wo = L/R d où m=wo.l/2r d où m = Fo =wo/2π = 65,2 Hz L association LC avec la résistance R se comporte comme un filtre passe bas. Le filtre aura pour effet de lisser la tension de sortie, réduire l ondulation de tension, elle ne redescendra pas jusqu à 0 et ainsi passer en conduction continu 7. Expérimentation en tension de l étage de sortie Apres avoir consigné le système nous avons recalé le condensateur et supprimé le court-circuit de l inductance Pince a 100mV/A U & I sortie (50%) sonde de tension x20 réglages 5V 10A Vsmax=248mVx20 = 4,96V la tension est lissé, avec une ondulation de 0,048*20 = 0,96 V Et une valeur moyenne de 4,48 V Tension Vs Courant Is Lycée Geoffroy Saint-Hilaire Page 4/6

5 U & I THY1 avec les réglages 10V 20A Umax =46,4V Imax =18,4A Th1 conduit α On est désormais en conduction continu Th1 s arrête de conduire des que th2 entre en conduction angle de retard a l amorçage d environ α = π/4 Th2 conduit U et I avant le filtre avec les réglages 6V 22A pince de courant 10mV/A Temps ou le courant est nul dans l inductance Umax = 22 V α = 79,2 Imax = 24 A tension α 6v On retrouve les formes typique en tension d un Redresseur commandé tout thyristor bi alternance courant Th2 Th1 Quand le courant est nul dans l inductance c est le condensateur qui fournie l énergie a la charge et Vs = Ve =6 V (l inductance se comporte comme un fil) il y a un déphasage d environs 90 entre le courant et la tension, déphasage typique d une charge inductive Lycée Geoffroy Saint-Hilaire Page 5/6

6 8. Etude de l alimentation d entrée Tension et courant au primaire du transformateur : Réglage : Charge a 50% u=5v, I=10A u = 11 V I= 20 A On remarque la forme du courant non sinusoïdale ; Qui correspond au pic de charge du condensateur La forme du courant dépends aussi de l angle de retard a l amorçage des thyristors Fort appel de courant pendant la charge, Appel de courant nul durant la décharge On note aussi un écrêtage de la tension, dû a la saturation du circuit magnétique du Transformateur du lycée le déphasage est d environs 90 conforme au déphasage sur une inductance (transformateur) Ne pas prévoir, c est déjà gémir. (Léonard De Vinci) Lycée Geoffroy Saint-Hilaire Page 6/6

7 Annexe Annexe 2 Annexe 3 La charge de l alimentation Acore 25% de charge ; 2 résistances de 0,5Ω en séries 50% de charge ; 1 résistance de 0,5 Ω 100% de charge ; 2 résistances de 0,5Ω en parallèles Lycée Geoffroy Saint-Hilaire Page 7/6

8 Document réponse 1 Alimentation Acore - + cathode anode Solution électrolytique Document réponse 2 Electrolyseur n du bloc Dénomination Fonction 1 disjoncteur Protéger l installation 2 contacteur Mettre en service 3 transformateur Abaisser la tension 4 Pont redresseur commandé Transformée une tension alternative en une tension continu 5 Circuit intégré Commande des thyristors, assure la régulation 6 potentiomètre Réglages de la tension et courant de sortie 7 Filtre passe bas Lisser la tension et le courant de sortie Document réponse 3 Monophasé Mixte Mono-alternance Triphasé Tout thyristor Bi-alternance Lycée Geoffroy Saint-Hilaire Page 8/6

9 Document réponse 4 V 1 V 2 V S V 1 t V 2 t V S t Lycée Geoffroy Saint-Hilaire Page 9/6