Électronique industrielle (3.539) Examen de mi-session - automne 2000

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1 ÉCOLE POLYTECHNIQUE examen mi-session A2000-1/5 Électronique industrielle (3.539) Examen de mi-session - automne 2000 (Le 6 octobre 2000) Notes: 1) Aucune documentation permise; calculatrice non programmable permise. 2) Durée: 2 heures et 30 minutes - 8h30 à 11h00. Gilles Roy 2000 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(7t) 240 2sin(7t) i(7t) 2 36sin(7t 24() 9sin(37t40() 2sin(57t 40() (1) Calculez la valeur numérique des paramètres suivants: a)(1,0) b)(1,0) c)(1,0) d)(1,0) La puissance (ou les voltampères) de distorsion vue de la source. La puissance réactive vue de la source. Le facteur de distorsion. Le facteur de puissance. Fig. 1 Source sinusoïdale alimentant une charge non-linéaire.

2 ÉCOLE POLYTECHNIQUE examen mi-session A2000-2/5 Question #2 (4 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 55 = 240 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 = 4 6 et d une inductance L = 35 mh. Supposez un comportement idéal des diodes. a)(1,2) Tracez (sur une feuille de courbes polyphasées) les formes d onde suivantes: (dans vos chronogrammes, référez-vous à la valeur symbolique de I occ pour le courant continu de charge) - tension redressée (e o ) - courant dans les diodes D3 et D6 (i D3 et i D6 ) - courant dans la phase bn au secondaire (i b ) - courant dans la phase CB au primaire (i CB ) - courant dans la phase AC au primaire (i AC ) - courant dans la ligne C (i C ) b)(0,8) c)(0,5) d)(0,5) Calculez la tension continue redressée. Quelles sont les valeurs continue et efficace du courant redressé? Justifiez votre réponse. Quelles sont les valeurs continue et efficace du courant dans une diode? e)(1,0) Donnez la valeur efficace des harmoniques de la tension redressée, pour n = 1 et 2. Fig. 2 Redresseur en pont triphasé avec une charge ohmique-inductive.

3 ÉCOLE POLYTECHNIQUE examen mi-session A2000-3/5 Question #3 (6 points) Le redresseur en étoile hexaphasée, donné à la figure 3, est alimenté par une source triphasée de E 55 = 240 V, 60 Hz. Le rapport de transformation entre une phase du primaire et une phase du secondaire du transformateur est 4:1. La charge de type ohmique-inductif doit être considérée comme fortement inductive; le courant continu de charge fait I occ = 24 A. Supposez un comportement idéal du transformateur et des diodes. a)(1,8) Tracez (sur une feuille de courbes polyphasées) les formes d onde suivantes: - tension redressée (e o ) - courant dans la diode D3 (i D3 ) - courant dans la diode D6 (i D6 ) - courant dans la phase BA du primaire (i BA ) - courant dans la phase AC du primaire (i AC ) - courant dans la ligne A de la source (i A ) b)(0,6) c)(1,6) d)(1,0) e)(1,0) Calculez la valeur de la tension maximale inverse devant être supportée par chaque diode. Déterminez la capacité des enroulements des côtés primaire et secondaire du transformateur. Quelle est la puissance apparente du côté de la source d alimentation? Quel est le facteur du puissance du côté source? Justifiez votre réponse. Fig. 3 Redresseur en étoile hexaphasée.

4 ÉCOLE POLYTECHNIQUE examen mi-session A2000-4/5 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) b)(1,0) Tracez l allure (en référence avec la tension de source) du courant et de la tension de charge; donnez les indications pertinentes. N utilisez que des valeurs symboliques d amplitude pour tracer vos chronogrammes. Commentez 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 l opération de ce circuit? Question #5 (4 points) a)(2,0) Identifiez et donnez quelques commentaires pertinents à propos de la représentation de la structure d un semiconducteur de puissance donnée à la figure 4. Pourquoi le nombre de couches semi-conductrices diffère par rapport à ce qu on retrouve dans un même semiconducteur utilisé en petit signal? Fig. 4 Structure SP1. b)(2,0) Tracez la caractéristique statique du thyristor de puissance et identifiez (avec les commentaires pertinents) quatre (4) zones de comportement du semi-conducteur. Que signifie la résistance dynamique du semi-conducteur et identifiez sur votre caractéristique statique où se retrouve ce trait caractéristique. Le professeur du cours Gilles Roy, ing.

5 ÉCOLE POLYTECHNIQUE examen mi-session A2000-5/5 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 E ab 2 sin(%/p) %/p (2) E oeff E ab 1 sin(2%/p) 2%/p 1/2 (3) (2) Développement série de la tension e o (t) à la sortie d un redresseur généralisé à diodes, opérant en continuité de courant: e o E occ 1 M n1 ( 2)( 1) n p 2 n 2 1 cos(pn7t) (4)