Travaux Pratiques de Génie Électrique N 11

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1 Objectifs du T.P. Identifier la fonction principale FP3 «Conversion de l énergie» et ses fonctions secondaires. repérer et analyser les structures associées aux fonctions secondaires. Mettre en œuvre les structures associées aux fonctions secondaires. Connaissances nécessaires (pré requis) Caractérisation d un signal sinusoïdal ( valeur efficace, crête ). Connaissances nouvelles Identification de la fonction «adaptation du niveau de tension en alternatif» Notion de Redressement double alternance par pont de redressement à diodes Notion de Filtrage ( Accumuler et fournir de l énergie ) Notion de Régulateur ( Délivrer une d.d.p. constante jusqu à un certain courant maximum limite) Evaluation Justesse de la démarche d analyse des structures étudiées. Qualité de la démarche expérimentale (rigueur, clarté & présentation). Organisation du travail Matériels : - un transformateur de sécurité, - un multimètre numérique, - un oscilloscope, - Une maquette. Documents en possession de l élève : - Dossier technique du sytème «Ouvre Portail Automatique FAAC) (Voir ressources pédagogique du réseau) - Enoncé du T.P (pages 2 à 5) - Feuilles réponses associées (page 6 à 8) - Document constructeur des circuits intégrés ( Voir ressources constructeurs du réseau ) Documents à remettre en fin de T.P. : - Compte Rendu - Feuilles réponses. M. Bernard - Tp_faac_Etude de FP3 - ''Conversion de l'énergie Electrique''.pub - page 1

2 1.. Présentation Ce T.P. propose d aborder l étude pratique des fonctions secondaires «Adaptation de niveau, Redressement, Filtrage et Régulation de tension» réalisant la fonction principale FP3 «Conversion de l énergie». Problème posé : La carte de commande «Intelligent Control» néccessite une d.d.p. continue d alimentation de 12 volts pour fonctionner. La fonction principale FP3 permet de réaliser une conversion de l énergie apporté par le réseau ( d.d.p. alternative de 230 Volts efficace, 50 Hz) en une d.d.p. continue régulée de 12 Volts. Étude fonctionnelle 2. Travail demandé 2.1. A partir de la description fonctionnelle associée aux schémas fonctionnels de degré 1 et de degré 2 du dossier technique, repérer sur le schéma structurel de l objet technique, donné en document réponse : - d une couleur, la fonction principale FP3 «conversion de l énergie» - d une autre couleur, les fonctions secondaires FS31, FS32, FS33 et FS34 contituant la fonction principale FP3. Étude structurelle 2.2. Étude de la fonction secondaire FS31 «Adaptation du niveau de la d.d.p. alternative» Le composant électromagnétique destiné à adapter (dans ce cas, d abaisser) le niveau d une d.d.p. alternative (dans ce cas, fournie par le réseau de distribution) à un autre niveau de valeur différente s appele un TRANSFORMATEUR. I1 I2 U1 N1 N2 U2 Le rapport de transformation (m) du transformateur est défini par : m = (U2/U1) = (N2/N1) = (I1/I2) avec : U1 : d.d.p. présente en entrée (primaire) du transformateur; U2 : d.d.p. présente en sortie (secondaire) du transformateur; N1 : nombre de spires de l enroulement primaire ; N2 : nombres de spires de l enroulement secondaire; I1 : Intensité du courant absorbé dans le primaire et I2: Intensité du courant fourni par le secondaire. M. Bernard - Tp_faac_Etude de FP3 - ''Conversion de l'énergie Electrique''.pub - page 2

3 2.2.1 Par lecture des caractéristiques techniques reproduites pour des raisons de sécurité ( > présence du secteur 220 volts aux bornes du primaire du transformateur) sur l étiquette de la boîte contenant le tansformateur, déterminer : a) la d.d.p. à appliquer au circuit d entrée (enroulement primaire) b) la ou les d.d.p. (valeur efficace) disponible(s) en sortie(s) ( enroulement(s) secondaire(s)). c) En déduire le rapport de transformation m [sur chaque sortie, si différentes]. d) Déterminer la puissance du tranformateur ( exprimé en Volts-Ampères : VA] d) Déterminer la valeur maximale du courant (valeur efficace) disponible en sortie d un enroulement secondaire. Expérimentation [Les relevés seront à rapporter sur les documents réponses ] Après avoir relié le circuit primaire du transformateur au réseau de distribution monophasé 230V AC / 50Hz, visualiser le signal relatif à une des sorties du transformateur (d.d.p. U2). Représenter graphiquement ce signal ( sur une prériode ) Remarque importante : Quand vous représentez un chronogramme, l axe des abscisses et des ordonnées doivent être munies de leurs unités ( Ici en X le temps, donc t avec son unité : par exemple t(ms) et en Y la d.d.p. représentée, donc U2 avec son unité : par exemple U2 (V)). Le repère est construit sur une échelle fonction des valeurs à relever. Exemple : U2 (V) Allure de U2 Ainsi le lecteur de votre document prend directement connaissance de la valeur maximale du signal (U2max = 15V) et de sa période ( T= 63 ms) t (ms) En déduire la valeur efficace réelle de la d.d.p. U2. Comparer cette valeur avec celle relevée à la question b). Pourquoi cette différence? M. Bernard - Tp_faac_Etude de FP3 - ''Conversion de l'énergie Electrique''.pub - page 3

4 2.3. Étude de la fonction secondaire FS32 «redressement» Réaliser à l aide de la maquette associé à FP3, successivement les montages (1) et (2), en effectuant les connexions qui s imposent selon le montage considéré. Montage (1) Redressement simple alternance : Une sortie du transformateur est «chargée» par l ensemble présenté ci-contre, constitué d une diode D de redressement en série avec un élément résistif de charge Rch de valeur 1,5 kù. U D1 U RSA Rch Montage (2) Redressement double alternance : Après avoir décablé le montage précédent, cabler une sortie du transformateur par l ensemble présenté ci-contre, constitué d un pont de diode «Pont Redresseur» et de l élement résistif Rch de valeur 1,5 kù. U - U RDA Rch Pour chaque montage : - visualiser la d.d.p. U RSA (Redressement Simple Alternance) ou respectivement U RDA (Redressement Double Alternance) aux bornes de la charge Rch, - relever la d.d.p. U RSA ou respectivement U RDA, - Justifier la forme du signal relevé, - Déterminer la valeur efficace et moyenne de ce signal Conclure sur le rôle de la fonction secondaire FS Étude de la fonction secondaire FS33 «filtrage» Pour l étude de cette fonction on conservera le montage précédent ( conformément au schéma structurel du constructeur du bloc de commande «intelligent Control» Rajouter le condensateur de valeur C = 220 µf en parallèle de la charge Rch conformément au schéma ci-contre. Puis, visualiser et relever le signal U RF (Redressé & Filtré) et la tension d ondulation de U RF pour les 3 conditions de débit ( de charge ) suivantes : 1/ à vide, 2/ Rch = 1,5 kù, 3/ Rch = 150 Ù. U - C U RF Rch Remarque : Il est évident que vous adapterez l échelle des tensions afin d intégrer l ensemble des relevés sur les deux chronogrammes à compléter ( l utilisation de «couleurs» sera perminente) Répéter les opérations demandés à la question précédente mais en remplacant le condensateur C de valeur 220 µf par celui de valeur 2200 µf Rassembler, après calcul, dans le tableau du document réponse 2, l ensemble des valeurs efficaces, valeurs moyennes et valeurs de tension d ondulation déduites des 6 relevés effectués précédemment. En déduire un commentaire sur l influence de la valeur de la capacité du condensateur C sur la linéarisation du signal U RF. M. Bernard - Tp_faac_Etude de FP3 - ''Conversion de l'énergie Electrique''.pub - page 4

5 2.5. Étude de la fonction secondaire FS34 «Régulation» Pour l étude de cette fonction on conservera le montage précédent avec C=2200µF ( conformément au schéma structurel du constructeur du bloc de commande «intelligent Control». On intercalera conformément au schéma ci-contre le régulateur de référence «7812» Visualiser et relever le signal U RFR (Redressé, Filtré et Régulé) (vous pouvez utiliser un voltmètre) pour les 3 conditions de débit ( de charge ) suivantes : 1/ à vide, 2/ Rch = 1,5 kù, 3/ Rch = 150 Ù. U - C U RF E 7812 S M U RFR Rch Conclure sur la fonction «régulation de tension» 2.6. Synthèse de la fonction principale FP Faire un synthèse sur ce T.P. vis à vis de la fonction réalisée. M. Bernard - Tp_faac_Etude de FP3 - ''Conversion de l'énergie Electrique''.pub - page 5

6 Document réponse 1 Vs0 U2 0 t(ms) U RSA Vs1 Vs2 U RDA 0 t(ms) Vs3 U RF 0 t(ms) 0 t(ms) Vs3ond U RF_Ondul. 0 t(ms) M. Bernard - Tp_faac_Etude de FP3 - ''Conversion de l'énergie Electrique''.pub - page 6

7 Expressions de Calculs : ( Applicables seulement sur un signal d origine sinusoïdal ). a) Simple redressement : V MOY = V MAX / π ; V EFF = V MAX / 2. b) Double redressement : V MOY = 2 V MAX / π ; V EFF = V MAX / 2 Tableaux des différents relevés et résultats de calculs sur les valeurs moyennes et efficaces des différentes d.d.p. Document réponse 2 Travail 2.2 et 2.3 Travail 2.4 U2 U RSA U RDA V MAX V EFF V MOY à vide Rch = 1.5kÙ Rch = 150Ù U RF MAX U RF, pour C = 220 µf U RF MOY U RF_Ondul MAX U RF MAX U RF, pour C = 2200µF U RF MOY U RF_Ondul MAX Travail 2.5 à vide Rch = 1.5kÙ Rch = 150Ù U RFR M. Bernard - Tp_faac_Etude de FP3 - ''Conversion de l'énergie Electrique''.pub - page 7

8 M. Bernard - Tp_faac_Etude de FP3 - ''Conversion de l'énergie Electrique''.pub - page 8