Électronique industrielle (ELE4400) Examen final

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1 ÉCOL POLYTCHNIQU L Électronique industrielle - examen final A02 - page /5 Électronique industrielle (L4400) xamen final (Le 5 décembre 2002) Notes: ) Aucune documentation permise; calculatrice non programmable permise. 2) Durée: 2 heures et 30 minutes - 9h30 à 2h00. 3) Cet examen contient quatre (4) questions et cinq (5) pages. Gilles Roy 2002 Question # (5 points) a)(2,0) b)(,0) c)(,0) d)(,0) n référence avec l outil de simulation numérique nelmach, tracez le schéma structurel du hacheur inverseur donné à la figure. Utilisez les blocs fonctionnels tels qu on les retrouve dans la librairie d nelmach (ie: diode, transistor, inductance, etc...). Indiquez les signaux d entrée des différents blocs, ainsi que leurs signes appropriés. Donnez les représentations, sous forme de diagrammes structurels internes, des blocs inductance et condensateur, tels qu on les trouvent dans la librairie nelmach. Donnez deux raisons qui justifient l usage du condensateur? Peut-on enlever ce condensateur? n pratique, il faut ajouter une boucle de régulation de la tension de sortie pour assurer un maintient de cette tension malgré des variations, entre autres, du courant de charge et de la tension d entrée; au niveau des performances dynamiques de cette boucle de réglage, quelle précaution il faut prendre pour assurer un fonctionnement adéquat du hacheur? Fig. Hacheur inverseur de tension.

2 ÉCOL POLYTCHNIQU L Électronique industrielle - examen final A02 - page 2/5 Question #2 (6 points) On réalise un hacheur inverseur, comme celui présenté à la figure, avec une inductance qui fait L = 400 :H et un condensateur qui fait C = 00 :F; la fréquence nominale d activation du commutateur statique est réglée à f = 25 khz. La tension nominale à l entrée est = 36 V et une charge de R = 8 S est branchée à la sortie. Supposez un fonctionnement idéal de l interrupteur et de la diode, et une opération en régime établi. a)(,5) Démontrez, pour une opération en continuité de courant dans l inductance, que le gain ( o / ) du hacheur et l ondulation de courant ()I L ) dans l inductance sont exprimés par les relations suivantes: o k k = et I L = k fl () b)(2,0) c)(,5) Pour un taux de remplissage de k = 2/3, trouvez le courant de charge et déterminez la composante continue et les valeurs minimale et maximale du courant dans l inductance. Donnez et justifiez vos hypothèses de calcul. Pour les conditions données précédemment, tracez sur la feuille du formulaire fournie à l Annexe-2, l allure des formes d onde suivantes: (ajoutez y les indications pertinentes) - tension aux bornes de l inductance (e L ) - courant dans l inductance (i L ) - courant dans le commutateur statique (i ) - courant dans la diode de retour (i D ) - courant dans le condensateur (i C ) d)(,0) Pour les conditions données précédemment, quel est le taux d ondulation de la tension de sortie? Question #3 (3 points) a)(,5) b)(,5) Donnez le schéma d une chaîne redresseur à diodes - onduleur triphasé à transistors. xpliquez comment l onduleur peut fonctionner en source de tension tout en maintenant une opération en continuité de courant dans le redresseur. xpliquez (dans moins d une page) deux types de modulation par largeur d impulsion (MLI). Pourquoi un type particulier de MLI est largement utilisé dans les applications industrielles, entre autres dans les entraînements de machines à courant alternatif? Quelle est le type de MLI qui donne le plus grand gain de tension? Que signifie la surmodulation?

3 ÉCOL POLYTCHNIQU L Électronique industrielle - examen final A02 - page 3/5 Question #4 (6 points) Le convertisseur en pont triphasé donné à la figure 2 est raccordé directement à une source triphasée de RR = 240 V, 60 Hz. La charge est formée d une résistance R = 0,4 S, d une inductance L = 2,0 mh et d une batterie c = 240 V. Supposez un comportement idéal du convertisseur. Procédez aux calculs demandés pour une opération avec un angle d amorçage de " = 30. a)(2.0) b)(2.5) c)(.5) Trouvez la valeur continue du courant redressé. Déterminez le rapport en pour cent de la valeur efficace associée au premier harmonique du courant redressé sur la valeur continue de ce courant. Calculez la puissance réelle (P s ), la puissance réactive (Q s ) et la puissance apparente (S s ) à l entrée du convertisseur pour les conditions données précédemment. Justifiez votre calcul. Fig. 2 Convertisseur en pont triphasé avec une batterie dans le circuit de charge. Le professeur du cours L4400 Gilles Roy, ing. Bonne fin de session

4 ÉCOL POLYTCHNIQU L Électronique industrielle - examen final A02 - page 4/5 occ ANNX - Formules utiles pour la solution de la question no.4: () xpression générale pour la tension continue ( occ ) obtenue à la sortie d un convertisseur de courant, montage en pont: (où ab représente la tension ligne-ligne à l entrée du convertisseur) sin( π / p = ab 2 cosα π / p (2) xpression générale de la valeur relative d intensité d un harmonique de tension à la sortie d un convertisseur de courant: (2) opnω occ,max 2 = ( pn sin α + cos α) 2 2 p n /2 (3) xpression du fondamental de courant à l entrée du convertisseur: (3) 6 Ia, = π ϕ = α I occ (4)

5 ÉCOL POLYTCHNIQU L Électronique industrielle - examen final A02 - page 5/5 ANNX - 2 Nom: Matricule: Fig. 3 Diagramme temporel associé au hacheur inverseur de la question no. 2.