ÉCOLE POLYTECHNIQUE 3.539 - Électronique industrielle - examen final H00 - page 1/6 Électronique industrielle (3.539) Examen final (Le 27 avril 2000) Notes: 1) Aucune documentation permise; calculatrice non programmable permise. 2) Durée: 2 heures et 30 minutes - 13h30 à 16h00. Gilles Roy 2000 Question #1 (4 points) On vous soumet aux figures 1 et 2 la structure physique de deux semi-conducteurs de puissance. Identifiez correctement chacune de ces structures et donnez pour chacune quelques explications claires sur son fonctionnement, en tenant compte des points suivants: la caractéristique statique du semi-conducteur, son fonctionnement comme semi-conducteur de type linéaire ou nonlinéaire, son gain et ses temps de commutation. Fig. 1 Structure S-1. Fig. 2 Structure S-2.
ÉCOLE POLYTECHNIQUE 3.539 - Électronique industrielle - examen final H00 - page 2/6 Question #2 (5 points) Le convertisseur en pont triphasé donné à la figure 3 est raccordé directement à une source triphasée de E 55 = 240 V, 60 Hz. La charge est formée d une résistance R = 0,4 6, 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)(1.0) c)(2.0) 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. 3 Convertisseur en pont triphasé avec une batterie dans le circuit de charge.
ÉCOLE POLYTECHNIQUE 3.539 - Électronique industrielle - examen final H00 - page 3/6 Question #3 (5 points) Un hacheur inverseur, comme celui présenté à la figure 4, 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 µh 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) b)(1,0) c)(1,0) d)(1,5) Démontrez la fonction de transfert E o /E 1 de ce type de hacheur. Si la charge équivalente de l instrument équivaut à 18 W à la tension de 9 V, déterminez la valeur du courant continu dans l inductance. Selon les conditions de b), calculez les valeurs minimale et maximale du courant circulant 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. 4 Hacheur inverseur de tension.
ÉCOLE POLYTECHNIQUE 3.539 - Électronique industrielle - examen final H00 - page 4/6 Question #4 (6 points) a)(3.0) b)(3.0) Dessinez le schéma simplifié d un onduleur de tension monophasé, auquel une charge ohmique-inductive est connectée. Donnez quelques explications sur le fonctionnement du circuit, en vous servant de chronogrammes appropriés. Pourquoi doit-on monter des diodes en antiparallèle avec les interupteurs statiques? En référence avec l outil de simulation numérique Enelmach, tracez le schéma structurel du hacheur inverseur donné à la figure 4. 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. Le professeur du cours 3.539 Gilles Roy, ing. Bonne fin de session et Heureuse période estivale!
ÉCOLE POLYTECHNIQUE 3.539 - Électronique industrielle - examen final H00 - page 5/6 ANNEXE - 1 (1) 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) E occ E ab 2 sin(%/p) %/p cos (1) (2) Expression générale de la valeur relative d intensité d un harmonique de tension à la sortie d un convertisseur de courant: E opn7 E occ,max 2 p 2 n 2 1 p 2 n 2 sin 2 cos 2 1/2 (2) (3) Expression associée au hacheur inverseur: ondulation de courant dans l inductance I l E 1 k fl (3)
ÉCOLE POLYTECHNIQUE 3.539 - Électronique industrielle - examen final H00 - page 6/6 ANNEXE - 2 Nom: Matricule: Fig. 5 Diagramme temporel associé au hacheur inverseur de la question no. 3.