Travaux Pratiques de Conversion d'energie LIE CNED L. BAGHLI L. HEYRENT Année universitaire 2004 / 2005
SOMMAIRE TP N 1 TRANSFORMATEUR MONOPHASE TP N 2 REDRESSEMENT TRIPHASÉ NON COMMANDÉ TP N 3 REDRESSEMENT MONPHASÉ COMMANDÉ TP N 4 MACHINE A COURANT CONTINU TP N 5 MACHINE ASYNCHRONE TP N 6 HACHEUR SERIE Année universitaire 2004 / 2005 2
TP N 1 TRANSFORMATEUR MONOPHASE I PREPARATION * Donner le schéma équivalent du transformateur monophasé ramené au secondaire * Donner la signification des différents éléments du schéma. * Donner les méthodes (types de mesures ) qui permettent d'obtenir les valeurs de ces éléments, en justifiant les hypothèses. II MANIPULATION. A partir des caractéristiques du transformateur données sur la plaque signalétique déterminer les courants nominaux (I 1n, I 2n ). II.1 Essai à vide * Faire le schéma de montage avec tous les appareils de mesures (choix des calibres et des types d'appareil). * Visualiser le courant primaire du transformateur, relever I 10, U 10, P 10 et cosϕ 10 (remarques, conclusions ). * Visualiser le courant d'appel du transformateur à la mise en marche. * Déterminer les paramètres que l'on peut déduire de cet essai. II.2 Essai en court-circuit (SOUS TENSION REDUITE) * Proposer un schéma de montage avec tous les appareils de mesures. * Alimenter le primaire sous tension réduite telle que I 2cc =I 2n. * Déterminer les paramètres que l'on peut déduire de cet essai. II.3 Essai en charge Cet essai permet de vérifier la validité de l'approximation de KAPP. II.3.1 Essai sur charge résistive pure * Proposer un schéma de montage. * calculer le rendement directement et par la méthode des pertes séparées, (remarques, conclusions). * Tracer la caractéristique de rendement du transformateur en fonction du courant débité pour cette charge (remarques, conclusions ). * A partir du diagramme de KAPP, vérifier pour un point de fonctionnement les résultats obtenus expérimentalement. III CONCLUSIONS II.3.2 Essai sur charge résistive et inductive possédant un cosϕ de 0.8 * Proposer un schéma de montage. * Refaire les mêmes mesures et vérifications qu'au paragraphe II.3.1. Année universitaire 2004 / 2005 3
I SCHEMA GENERAL TP N 2 REDRESSEMENT TRIPHASE NON COMMANDE Le redresseur utilisé est un pont double triphasé à diodes, comme le montre le schéma. Ic D1 Ud D2 D3 I1 U1 Uc Charge D4 D5 D6 II PREPARATION II.1 A l'aide des courbes représentant les tensions simples d'une alimentation triphasée équilibrée, déterminer les intervalles de conduction des diodes D 1 à D 6. Tracer les formes d'onde de U c (t), U d (t), I c (t), I d1 (t) et I 1 (t) dans le cas d'une charge purement résistive. II.2 Calculer les expressions de U cmoy, U ceff, I ceff, I d1eff et I 1eff et du taux d'ondulation II.3 Proposer un schéma de montage, en y incluant les différents appareils de mesure, permettant de mesurer et visualiser ces signaux. III MANIPULATION. La source, un transformateur triphasé abaisseur, fourni une tension simple V que vous mesurerez, on désire obtenir I ceff = 3 A. La charge est une résistance pure. III.1 Dimensionner la résistance et réaliser le montage. III.2 Relever les oscillogrammes de V 1 (t), I 1 (t), U d1 (t),i d1 (t),u c (t) et I c (t). III.3 Vérifier la validité du diagramme de conduction établi dans la préparation. III.4 Mesurer U cmoy, U a,i ceff, I deff et I 1eff. Calculer le taux d'ondulation. Comparer avec les valeurs théoriques. III.5 Visualiser le phénomène d'empiétement de D 1 sur D 2. IVCONCLUSIONS. Année universitaire 2004 / 2005 4
TP N 3 REDRESSEMENT MONOPHASE COMMANDE I SCHEMA GENERAL Le redresseur utilisé est un pont double monophasé à thyristors, comme le montre le schéma. It Ic T1 Ut T2 I1 V1 K Id Uc Charge T3 T4 D II PREPARATION La charge est purement résistive, montrer que K ne joue aucun rôle. II.1 déterminer les intervalles de conduction des thyristors T 1 à T 4 pour ψ = 45. II.2 Représenter les courbes U t (t), U c (t), I c (t), I t (t) et I 1 (t). II.3 Déterminer les expressions de U cmoy, I ceff, I teff, I 1eff en fonction de ψ. II.4 Dimensionner R pour avoir la valeur maximale de I ceff = 1 A avec V 1 =48V. II.5 Proposer un schéma de montage, en y incluant les différents appareils de mesure, permettant de mesurer et visualiser ces signaux. III MANIPULATION III.1 Redressement sur charge résistive. * Tracer les oscillogrammes de Uc(t),Ut(t),Ic(t),It(t) et I1(t). * Vérifier les valeurs théoriques prévues. * Tracer la caractéristique U cmoy = f (ψ) II.2 Redressement sur charge RL sans diode de roue libre. * Relever les oscillogrammes pour ψ = 45 II.3 Redressement sur charge RL avec diode de roue libre. * K est maintenant fermé, relever les oscillogrammes pour ψ = 45. IV CONCLUSION Année universitaire 2004 / 2005 5
I SCHEMA GENERAL TP N 4 MACHINE A COURANT CONTINU I1 I2 I2 Re Ri U Ri Rs U Machine à exitation separée Machine à exitation série II PRELIMINAIRE II.1 Rappeler les équations de fonctionnement des machines à courant continue à excitation série et séparée. II.2 En déduire l'allure des courbes Ω=f(U), Γ=f(I 2 ), Ω=f(I 1 ). III MANIPULATION * Relever les indications de la plaque signalétique, en déduire les caractéristiques nominales de la machine. * Mesurer les résistances des inducteurs série et shunt, et celle de l'induit. III.1 MOTEUR A EXCITATION SEPAREE * Le courant I 1 est mis en premier et enlevé en dernier, dire pourquoi. * Tracer la caractéristique Ω=f(I 1 ), à U constante et couple Γ constant, (par ex : moteur à vide), pour plusieurs valeurs de U. * Tracer la caractéristique Ω=f(U) pour diverses valeurs du couple résistant avec I 1 constant. * Tracer les caractéristiques Γ=f(I 2 ) et Γ=f(Ω) pour diverses valeurs de U avec I 1 constant. III.2 MOTEUR A EXCITATIONSERIE U nominal /2. *Γ doit exister dès le démarrage, expliquer pourquoi. * Tracer les caractéristiques Ω=f(I 2 ), Γ=f(Ω), Γ=f(I 2 ), à U=U nominal ou * Tracer les caractéristiques Ω=f(U), Γ=f(U), Γ=f(Ω), à I=I nominal ou I nominal /2 IV CONCLUSIONS Année universitaire 2004 / 2005 6
TP N 5 MACHINE ASYNCHRONE I SCHEMA GENERAL I Alimentation variable Machine Asynchrone Ω Γ Génératrice à Courant Continu P Electrique P Mécanique Résistance II PRELIMINAIRE II.1 Rappeler le diagramme de répartition des puissances. II.2 Relever les indications de la plaque signalétique et en déduire : * la vitesse de synchronisme, * le nombre de paire(s) de pôles, * le couple nominal, * le glissement nominal. II.3 Rappeler le principe des essais à vide et à rotor bloqué. III MANIPULATION * Mesurer les résistances statorique et rotorique de la machine à chaud. III.1 Essai à vide * Relever le glissement, conclure. * Relever la puissance et le courant absorbés pour diverses valeurs de la tension d'alimentation. Vérifier que la vitesse ne change pas durant cet essai. Année universitaire 2004 / 2005 7
* Tracer P a = f(v 2 ), ôter les pertes Joule statoriques (P a - P JS = f(v 2 )). Mettre en évidence sur la courbe les points à vitesse constante, puis déterminer les pertes mécaniques. III.2 Essai à rotor bloqué * Bloquer mécaniquement le rotor et alimenter le stator sous tension réduite, telle que I = I n * Relever le courant, la tension d'alimentation, et le facteur de puissance. A partir des essais précèdent tracer le cercle de Blondel de la machine asynchrone. III.3 Essais en charge * La charge du moteur est constituée d'une génératrice à courant continu débitant sur une caisse de charge résistive. * Charger le moteur au point nominal, relever toutes les grandeurs (U, I, S, P, Q, cosϕ, Γ, Ω). Retrouve t on ce point nominal sur le cercle de Blondel? * Charger le moteur, à tension constante, et pour chaque charge relever la vitesse, le couple, la puissance absorbée. Tracer les courbes suivantes Γ=f(Ω) et en déduire Γ=f(g), η=f(γ), conclure * Faire varier la tension d'alimentation de la machine, à couple utile constant, et relever la vitesse, conclure. * Faire varier la tension d'alimentation de la machine, à glissement constant, et relever le couple. Tracer les courbes suivantes Γ=f(V 2 ), conclure IV CONCLUSIONS Démarrer à vide, charger la machine à 2/3 du nominal puis à partir de ce point effectuer les variations en surveillant les grandeurs à ne pas dépasser (courants MAS et MCC). Année universitaire 2004 / 2005 8
TP N 6 HACHEUR SERIE I SCHEMA GENERAL I ch L V D U ch E T 1 R II PREPARATION Le transistor T1 conduit et D est bloqué pour 0 < t < t on puis T1 est bloqué et D conduit pour t on < t < T, T étant la période du signal de commande du transistor. On note α = t on / T le rapport cycle du hacheur. Ic est considéré comme pratiquement continue. La fréquence de commutation f = 1/T sera de 1kHz Le hacheur à transistor de type MOS alimente un petit moteur à courant continu(f.é.m. E et résistance R) en série avec une inductance L proche de 10 mh. 1 ) Pour α = 0.5, représenter U ch (t),i T1 (t) et I d (t). 2 ) Exprimer la relation liant U chmoy, α et V 3 ) Proposer un schéma de montage, en y incluant les appareils de mesure, permettant de mesurer U chmoy et I chmoy. III MANIPULATION 1 ) Réaliser le montage, en prenant pour f la valeur demandée en II. 2 ) Relever les oscillogrammes de U ch (t), I ch (t), U t (t), I t (t), I d (t) pour α = 0.5. Conclure. 3 ) Relever les courbes U cmoy = f (α) Ω= f (α) et I ch = f (α) pour un courant I chmoy constant. I ch étant l'ondulation du courant de charge. 4 )A T constante observer l'influence de L sur I c. A L constante observer l'influence de T sur I c. IV CONCLUSIONS Année universitaire 2004 / 2005 9