Contrôle de Synthèse : Conversion d Energie Calculatrice autorisée, polycopié non autorisé, 2 heures Les réponses ENCADRÉES doivent être littérales (avec les notations de cet énoncé) puis numériques en deux temps, avec la valeur numérique de chaque grandeur, puis le résultat. Exemple : S = 3 U I S = 3 x 220 x 10 = 3810 VA (un résultat numérique sans valeurs intermédiaires n'est pas noté) Prendre soin de ne pas mélanger les documents réponses et de faire les dessins demandés sur le graphique prévu, ne pas oublier Nom Prénom sur chaque feuille... Les exercices 1 et 2 sont indépendants. Exercice 1 : Alternateur Triphasé Un alternateur triphasé couplé en étoile alimente une charge résistive. La résistance d'un enroulement statorique est RS = 0,5 Ω. La réactance synchrone est XS = 25 Ω. La charge, couplée en étoile, est constituée de trois résistances identiques R = 50 Ω. 1- Faire le schéma équivalent du circuit (entre une phase et le neutre). 2- Sachant que la tension simple à vide de l'alternateur est E = 240 V, calculer la valeur efficace des courants de ligne I et des tensions simples V en charge. 3- Calculer la puissance active consommée par la charge. 4- L ensemble des pertes collectives et par effet Joule au rotor s élève à 1 kw. Calculer le rendement de l alternateur. 5- La tension entre phase et neutre (V) étant calculé lors de la question 2, Tracer le diagramme de Behn-Eschenburg et retrouver graphiquement la tension à vide E de la question 2. Exercice 2 : Redressements Non Commandé et Commandé Sur les feuilles de triphasé, la tension vs1(t) (= V sm *sin wt) est toujours prise comme origine des phases Les parties 1 et 2 sont indépendantes. 1ère partie En salle C02, un redresseur PD3 est alimenté par un réseau triphasé direct 220 V /50 Hz par l'intermédiaire d'un transformateur triphasé, de puissance apparente égale à 3,45 kva, avec un couplage libre au primaire (220V/380V) et libre au secondaire 100V/175V. La charge fortement inductive absorbe un courant I c constant. 1.- En tenant compte du réseau d alimentation du transformateur, ce dernier sera couplé en triangle ou en étoile? Justifier votre réponse. 2.- En couple le secondaire du transformateur en étoile, calculer le rapport de transformation et le rapport du nombre de spires entre enroulements secondaires et primaires. 3.- Sur la feuille n 1, repérer les tensions simples et composées au secondaire (seule v s1 (t) est représentée). 1
Représenter la tension u ca (t), le courant i sa1 (t) ainsi que la tension aux bornes de la diode 5. Représenter le courant i p1 (t) (bien analyser le sens des enroulements ) ainsi que le courant en ligne i la1 (t) avec une échelle différente de celle de i sa1 (t), préciser les valeurs numériques (en Ampères) que prennent ces différents courants 4.- Donner la valeur moyenne U ca0 de u ca (t) si les éléments sont parfaits. 5.- En se servant de la puissance apparente du transformateur, calculer la valeur efficace I seff de i sa et déduire la valeur maximale du courant de charge I c. Calculer la valeur moyenne I d et la valeur efficace I deff du courant dans une diode et la tension inverse maximale aux bornes d'une diode V Dimax. 6.- L impédance de l'inductance de fuite ramenée au secondaire du transformateur vaut X 2 = 406 m Ω. Pour I c maximal, calculer l'angle d'empiètement α ainsi que la chute de tension U c qui en découle. 7.- Les diodes présentent une tension de seuil de 1 V et une résistance à l'état passant de 10 m Ω, La résistance totale du transformateur ramenée au secondaire vaut 0,3 Ω. Calculer la chute de tension U c produite par ces éléments et la tension réelle U ca. 2ème partie Un pont complet PD3 est alimenté par le même réseau triphasé direct 220 V que précédemment (1 ère partie), le transformateur est couplé en triangle-étoile. La charge fortement inductive absorbe un courant constant I c = 14 A. 1.- Calculer le rapport du nombre de spires entre enroulements secondaires et primaires. 2.- Sur la feuille n 2, repérer les tensions simples et composées et prendre soin de représenter les grandeurs électriques sur le bon graphe. Représenter lorsque ψ = 150 les tension u cb1 (t) (entre cathodes communes et neutre), u cb2 (t) (entre anodes communes et neutre) et u cb (t)= u cb1 (t)- u cb2 (t) ainsi que la tension aux bornes du thyristor 5. Représenter le courant secondaire i sb1 (t), le courant primaire en ligne i lb1 (t) (bien analyser le sens des enroulements ) préciser les valeurs numériques (en Ampères) que prennent ces différents courants 3.- Donner la valeur moyenne U cb de u cb (t) lorsque ψ = 150 ( les éléments sont parfaits). 3ème partie Les 2 ponts PD3 précédents sont placés en série à partir du même réseau triphasé direct 220 V que précédemment La charge fortement inductive absorbe toujours un courant constant I c = 14 A. 1.- En considérant un angle de garde de 30 pour le fonctionnement en onduleur du pont B, quelle est la plage possible de variation de U c. 2.- Quel est, lorsque ψ = 0, l'allure de la tension u c (t)?, que vaut sa valeur moyenne? Faire un schéma explicatif. 3.- Quel est l'intérêt d'un tel montage? 2
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