REPENDRE DIRECTEMENT SUR LA COPIE DE L ENONCE

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1 Examen Final : EL41 P07. Durée : 2 heures. Documents : non autorisés sauf une feuille manuscrite de format A4. REPENDRE DIRECTEMENT SUR LA COPIE DE L ENONCE Nom : Prénom : Signature : Problème (10 points) : Étude d un moteur à courant continu à excitation série alimenté par un hacheur série On se propose d étudier le moteur d entraînement d un train à grande vitesse (TGV) ainsi que son dispositif d alimentation. Du point de vue électrique, la machine étudiée est équivalente au circuit suivant : Figure 1 On admet que la machine est parfaitement compensée et ses grandeurs nominales sont les suivantes : U mn = 1000 V ; I n = 500 A ; n n = 3000 tr.min-1. La vitesse de rotation du moteur est liée à la vitesse du train par la relation : v = n/10 (v en Km.h-1 et n en tr.min-1) Pour un moteur de TGV, la résistance totale (Rt = R + r) est de l ordre de 40 mω. 1. Donner les équations (électrique et mécanique) du fonctionnement en régime permanent de cette machine en convention moteur. 2. Déterminer la valeur nominale de la force électromotrice E. 3. Compléter littéralement le document réponse N 1 permettant d'établir le bilan de puissances de ce moteur série. Sachant que les pertes totales par effet Joule sont de 10 kw et que les pertes collectives s élèvent à 10 kw, calculer la puissance active absorbée ainsi que la puissance utile. Pa = Pem = Pu = 1

2 Lors du freinage, on fait fonctionner la machine à courant continu en génératrice à excitation indépendante, voir figure 3. L'intensité du courant inducteur est maintenue constante à 200 A (flux constant) et l'induit de cette machine débite alors dans une résistance R h avec R h = 0,5 Ω. La résistance R de l'induit (R = 30 mω) de la machine est négligeable devant R h. Figure 3 Un relevé de la caractéristique à vide à la fréquence de rotation de 2000 tr.min -1 a donné les résultats suivants: i e = 200 A et E = 500 V. 4. Lorsque le train roule à une vitesse de 100 km.h -1, calculer la fréquence de rotation, 1a force électromotrice E, l'intensité du courant d'induit (on se place dans les conditions du freinage, décrites ci-dessus). On désire alimenter le moteur à courant continu sous une tension continue; réglable entre 0 et 1000 V. On intercale alors, entre le réseau continu 1500 V et le moteur, un hacheur série. Le circuit équivalent de l ensemble est représenté sur la figure 4. Figure 4 5. Préciser le rôle de la diode de roue libre. 6. Représenter les tensions u c (t) et u H (t) et les intensités i H (t) et i DRL (t) des courants. Pour un rapport cyclique α = 2/3 sur la figure Calculer la valeur moyenne de la tension u c (t). 2

3 Figure 5 Le moteur à courant continu garde les mêmes caractéristiques que dans la partie précédente : R = 30 mω. La charge mécanique impose au moteur un couple de moment constant tel que l intensité du courant dans l'induit du moteur soit égale à 500A (ic (t) = Ic = cte) et ceci quelle que soit la fréquence de rotation. 8. Donner l'expression de la valeur moyenne de u c (t) en fonction de celle aux bornes de l induit du moteur U m ( rappel : en régime établi, la valeur moyenne de la tension aux bornes de la bobine u L = <u L >=0 V). 9. Déterminer alors la valeur du rapport cyclique α permettant d obtenir le démarrage du moteur (valeur moyenne de U L = 0V et le courant de démarrage est égal à la valeur nominale). On suppose maintenant que le courant dans la charge présente une ondulation. On rappelle l'expression de l'ondulation de courant : ic = (I cmax I cmin ) /2 ainsi que l équation de l'intensité du courant i c sur l'intervalle [0 ; αt] : i c (t) = [(U - E) / L] t + I cmin 10. Donner l'expression littérale de I cmax en fonction de U, E, L, αt et I cmin en régime de conduction continue. Exprimer alors l'ondulation de courant en fonction des paramètres suivants : α, U, f (fréquence de commande de l'interrupteur H) et L (On considérera : αu = E donc R négligeable). Comment doit on agir sur ces différents paramètres si on veut limiter cette ondulation de courant? 3

4 QCM (10 points) : bonne réponse => 0,5 pts, mauvaise réponse => -0,25, réponse nulle => 0 Soit le montage suivant : ic = Ic Voie X it1 it2 T1 ut1 T2 R i v L u C it4 it3 E T4 T3 r = 0,5 Ω Voie Y Masse de l oscilloscope L oscilloscope est branché comme indiqué ci-dessus, il donne les courbes suivantes : Courbe A Courbe B Référence Echelle temps : 2,5 ms/div. Echelle voie X : 40 V/div. Echelle voie Y : 5 V/div. Les tensions v et u c sont données en concordance des temps : v V uc θ -π/2 - π/2 +α π/2 +α π/2 3π/2 θ 4

5 1) Le pont redresseur à quatre thyristors est-il un convertisseur? a. Alternatif - Alternatif b. Alternatif - Continu c. Continu - Continu 2) Quelle est la valeur de α, l angle de retard à l amorçage? a. 27 b. 90 c. 60 3) Entre π/2+α et π/2+α a. T 1 et T 2 conduisent b. T 2 et T 3 conduisent c. T 1 et T 3 conduisent 4) Entre π/2+α et 3π/2+α a. T 2 et T 3 conduisent b. T 2 et T 4 conduisent c. T 1 et T 4 conduisent 5) La valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge est-elle? Vˆ a. Egale à (1 + cos α) π 2.Vˆ π b. Egale à 2.Vˆ π Vˆ c. Egale à 2 α π cos 6) Si l angle de retard α est égal à 60, la valeur moyenne de u c a. Est égale à 66 V b. Est égale à 41 V c. Est égale à 28 V 7) Entre π/2 + α et π/2 et entre π/2 et π/2 + α, la puissance instantanée consommée par la charge est respectivement : a. Positive, positive. b. Positive, négative. c. Négative, positive. 8) La valeur moyenne de l intensité du courant dans T 1 a. Est égale à Ic b. Est égale à 5 A c. Dépend de l angle α 9) La valeur moyenne de l intensité, i : a. Est égale à 0 A b. Est égale à Ic 10) La valeur efficace de l intensité, i c. Est égale à Î 2 a. Est égale à Ic b. Est égale à 0 A c.dépend de l angle α Soit le montage d un onduleur autonome et l allure du courant de la charge qu il alimente : 5

6 11) L onduleur autonome est-il un convertisseur? a. Alternatif - Alternatif b. Continu - Continu c. Continu - Alternatif 12) Quelle sorte de commande est utilisée dans cet onduleur? a. MLI b. Pleine onde 180 c. Décalée 13) Quels sont les semi-conducteurs passants pour t compris entre 0 et 7,5ms? a. H1 et H3 b. D1 et D3 c. D2 et D4 14) Quels sont les semi-conducteurs passants pour t compris entre 7,5 ms et 20 ms? a. H1 et H3 b. D1 et D3 c. D2 et D4 15) La variation de vitesse d une machine asynchrone peut être assurée par : a. Un onduleur autonome b. Un hacheur deux quadrants c. Un redresseur à diodes 16) La variation de vitesse d une machine synchrone peut être assurée par : a. Un onduleur assisté b. Un hacheur à transistors c. Un redresseur à diodes 17) La variation de vitesse d une machine à courant continu à excitation séparée peut être assurée par : a. Un onduleur autonome b. Un hacheur à transistors c. Un redresseur à diodes 18) Les bobinages statorique et rotorique d une machine asynchrone à rotor bobiné sont respectivement du type : a. Triphasé et monophasé b. Monophasé et Triphasé c. Triphasé et triphasé 19) Les bobinages statorique et rotorique d une machine synchrone à rotor bobiné sont respectivement du type : a. Triphasé et monophasé b. Monophasé et Triphasé c. Triphasé et triphasé 20) Les vitesses des machines synchrone et asynchrone sont respectivement égales à : a. (1-glissement) la vitesse de synchronisme et la vitesse de synchronisme. b. La vitesse de synchronisme et (1-glissement) La vitesse de synchronisme. c. (glissement) la vitesse de synchronisme et (1-glissement) la vitesse de synchronisme. 6

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