Électronique industrielle (ELE4400) Examen final

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1 ÉCOLE POLYTECHNIQUE ELE Électronique industrielle - examen final H02 - page 1/6 Électronique industrielle (ELE4400) Examen final (Le 26 avril 2002) Notes: 1) Aucune documentation permise; calculatrice non programmable permise. 2) Durée: 2 heures et 30 minutes - 9h30 à 12h00. 3) Cet examen contient quatre (4) questions et six (6) pages. Gilles Roy 2002 Question #1 (3 points) a)(2,0) b)(1,0) En référence avec l outil de simulation numérique Enelmach, tracez le schéma structurel du hacheur élévateur donné à la figure 1. Utilisez les blocs fonctionnels tels qu on les retrouve dans la librairie d Enelmach (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 ENELMACH. Fig. 1 Hacheur élévateur de tension.

2 ÉCOLE POLYTECHNIQUE ELE Électronique industrielle - examen final H02 - page 2/6 Question #2 (6 points) Un onduleur en pont monophasé, présenté à la figure 2, est alimenté par une source continue E 1 = 300 V et fournit un courant de charge dont l expression simplifiée est la suivante: Supposez un fonctionnement idéal de cet onduleur. i = (460 A)sin( ωt 30 ) (1) o a)(1.5) Dessinez les diagrammes temporels pour la tension de charge (e o ), le courant de charge (i o ) et le courant de source (i 1 ), en prenant soin d indiquer les intervalles de conduction de chaque semi-conducteur. Donnez l allure des formes d onde pour une durée d au moins une période et demie de la tension e o. b)(1.0) Quelle est la durée de conduction, en degrés électriques, du transistor K 1 et de la diode D 1? c)(2.0) d)(1.5) Calculez la puissance (P 1 ) fournie par la source continue à l entrée de l onduleur. (Note: formule trigonométrique utile donnée à l Annexe-1). Déterminez la capacité électrique exigée de cet onduleur. Fig. 2 Onduleur en pont monophasé.

3 ÉCOLE POLYTECHNIQUE ELE Électronique industrielle - examen final H02 - page 3/6 Question #3 (5 points) Un hacheur inverseur, comme celui présenté à la figure 3, est utilisé pour alimenter un instrument de mesure portatif à partir d une batterie dont la tension nominale fait E 1 = 12 V. Pour ce circuit, la valeur de l inductance fait L = 100 :H et la fréquence nominale d activation du commutateur statique est f = 50 khz. Une boucle d asservissement maintient la tension de sortie réglée à E o = 9 V. Supposez un fonctionnement idéal du hacheur et une opération en régime établi. a)(1,5) Démontrez que le gain (E o /E 1 ) du hacheur et l ondulation de courant ()I L ) dans l inductance sont exprimés par les relations suivantes: Eo k E1k = et I L = E k fl 1 1 (2) b)(2,0) c)(1,5) Si la charge équivalente de l instrument équivaut à 18 W sous une tension de 9 V, 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 1 ) - courant dans la diode de retour (i D ) - courant dans le condensateur (i C ) Fig. 3 Hacheur inverseur de tension.

4 ÉCOLE POLYTECHNIQUE ELE Électronique industrielle - examen final H02 - page 4/6 Question #4 (6 points) Le convertisseur en pont triphasé donné à la figure 4 est raccordé directement à une source triphasée de E RR = 240 V, 60 Hz. La charge est formée d une résistance R = 0,4 S, d une inductance L = 1,0 mh et d une batterie E 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)(1.5) c)(2.5) Donnez la valeur continue de la tension redressée ainsi que celle du courant redressé. Calculez la valeur efficace associée au premier harmonique de la tension redressée. Déterminez le rapport en pour cent de la valeur efficace associée au premier harmonique du courant redressé sur la valeur continue de ce courant. Fig. 4 Convertisseur en pont triphasé avec une batterie dans le circuit de charge. Le professeur du cours ELE4400 Gilles Roy, ing. Bonne fin de session

5 ÉCOLE POLYTECHNIQUE ELE Électronique industrielle - examen final H02 - page 5/6 sin( ωt+ θ) d( ωt) = cos( ωt) cos( θ) + sin( ωt)sin( θ) E occ ANNEXE - 1 (1) Formule utile pour la solution de la question no.2: (2) Expression générale pour la tension continue (E occ ) obtenue à la sortie d un convertisseur de courant, montage en pont: (où E ab représente la tension ligne-ligne à l entrée du convertisseur) sin( π / p = Eab 2 cosα π / p (3) Expression générale de la valeur relative d intensité d un harmonique de tension à la sortie d un convertisseur de courant: (3) (4) E E opnω occ,max 2 = ( pn sin α + cos α) 2 2 p n /2 (5)

6 ÉCOLE POLYTECHNIQUE ELE Électronique industrielle - examen final H02 - page 6/6 ANNEXE - 2 Nom: Matricule: Fig. 5 Diagramme temporel associé au hacheur inverseur de la question no. 3.