Redressement C22-TD/1 C22-1- Redressement non commandé monophasé Débit sur charge résistive. Débit sur charge R, E

Documents pareils
ELEC2753 Electrotechnique examen du 11/06/2012

Chapitre 1 Régime transitoire dans les systèmes physiques

CHAPITRE XIII : Les circuits à courant alternatif : déphasage, représentation de Fresnel, phaseurs et réactance.

Charges électriques - Courant électrique

TD1 Signaux, énergie et puissance, signaux aléatoires

Circuits RL et RC. Chapitre Inductance

Chapitre 3 Les régimes de fonctionnement de quelques circuits linéaires

Cours 9. Régimes du transistor MOS

Module d Electricité. 2 ème partie : Electrostatique. Fabrice Sincère (version 3.0.1)

Convertisseurs statiques d'énergie électrique

IUT DE NÎMES DÉPARTEMENT GEII ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE CONVERSION AC/DC AMÉLIORATION DU FACTEUR DE PUISSANCE

Donner les limites de validité de la relation obtenue.

ÉVALUATION FORMATIVE. On considère le circuit électrique RC représenté ci-dessous où R et C sont des constantes strictement positives.

CH IV) Courant alternatif Oscilloscope.

M HAMED EL GADDAB & MONGI SLIM

SYSTEMES LINEAIRES DU PREMIER ORDRE

TP 7 : oscillateur de torsion

CHAPITRE IV Oscillations libres des systèmes à plusieurs degrés de liberté

Eléments constitutifs et synthèse des convertisseurs statiques. Convertisseur statique CVS. K à séquences convenables. Source d'entrée S1

Les résistances de point neutre

I- Définitions des signaux.

MESURE DE LA PUISSANCE

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

Equations différentielles linéaires à coefficients constants

Union générale des étudiants de Tunisie Bureau de l institut Préparatoire Aux Etudes D'ingénieurs De Tunis. Modèle de compte-rendu de TP.

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

RELAIS STATIQUE. Tension commutée

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

F411 - Courbes Paramétrées, Polaires

10 leçon 2. Leçon n 2 : Contact entre deux solides. Frottement de glissement. Exemples. (PC ou 1 er CU)

CHAPITRE VIII : Les circuits avec résistances ohmiques

Chapitre 7. Circuits Magnétiques et Inductance. 7.1 Introduction Production d un champ magnétique

Électricité au service des machines. heig-vd. Chapitre 3. Alimentations électriques, courant alternatif 3-1

Méthodes de Caractérisation des Matériaux. Cours, annales

Variation de vitesse des machines à courant alternatif. par

Série 77 - Relais statiques modulaires 5A. Caractéristiques. Relais temporisés et relais de contrôle

Caractéristiques des ondes

CARACTERISTIQUE D UNE DIODE ET POINT DE FONCTIONNEMENT

Repérage d un point - Vitesse et

Relais statiques SOLITRON MIDI, Commutation analogique, Multi Fonctions RJ1P

Partie Agir : Défis du XXI ème siècle CHAP 20-ACT EXP Convertisseur Analogique Numérique (CAN)

OBJECTIFS. I. A quoi sert un oscilloscope?

Précision d un résultat et calculs d incertitudes

Electrotechnique. Fabrice Sincère ; version

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

Moteurs pas à pas Michel ABIGNOLI Clément GOELDEL Principe des moteurs pas à pas Structures et modèles de description Alimentation Commande

n 159 onduleurs et harmoniques (cas des charges non linéaires) photographie Jean Noël Fiorina

1.1.1 Signaux à variation temporelle continue-discrète

Cahier technique n 158

Chapitre 7: Énergie et puissance électrique. Lequel de vous deux est le plus puissant? L'énergie dépensée par les deux est-elle différente?

Cours d électricité. Circuits électriques en courant constant. Mathieu Bardoux. 1 re année

Relais statiques SOLITRON, 1 ou 2 pôles Avec dissipateur intégré

Introduction à l électronique de puissance Synthèse des convertisseurs statiques. Lycée Richelieu TSI 1 Année scolaire Sébastien GERGADIER

1 Savoirs fondamentaux

BTS Groupement A. Mathématiques Session Spécialités CIRA, IRIS, Systèmes électroniques, TPIL

Introduction : Les modes de fonctionnement du transistor bipolaire. Dans tous les cas, le transistor bipolaire est commandé par le courant I B.

CHAPITRE IX : Les appareils de mesures électriques

Cours d électricité. Introduction. Mathieu Bardoux. 1 re année. IUT Saint-Omer / Dunkerque Département Génie Thermique et Énergie

Elec II Le courant alternatif et la tension alternative

DimNet Gradateurs Numériques Evolués Compulite. CompuDim 2000

Solutions pour la mesure. de courant et d énergie

Fonctions de deux variables. Mai 2011

PRODUIRE DES SIGNAUX 1 : LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES, SUPPORT DE CHOIX POUR TRANSMETTRE DES INFORMATIONS

TD1 PROPAGATION DANS UN MILIEU PRESENTANT UN GRADIENT D'INDICE

Cours de Mécanique du point matériel

Introduction. Mathématiques Quantiques Discrètes

sciences sup Cours et exercices corrigés IUT Licence électricité générale Analyse et synthèse des circuits 2 e édition Tahar Neffati

Exercice n 1: La lampe ci-dessous comporte 2 indications: Exercice n 2: ( compléter les réponses sans espaces)

Exercice 1 Trouver l équation du plan tangent pour chaque surface ci-dessous, au point (x 0,y 0,z 0 ) donné :

1 Systèmes triphasés symétriques

TABLE DES MATIERES CHAPITRE 1 OSCILLATEURS LINÉAIRES...3

SOMMAIRE. B5.1 Première approche

Mesure. Multimètre écologique J2. Réf : Français p 1. Version : 0110

Les correcteurs accorderont une importance particulière à la rigueur des raisonnements et aux représentations graphiques demandées.

Les Mesures Électriques

Références pour la commande

Centrale d alarme DA996

Développements limités, équivalents et calculs de limites

Cahier technique n 18

Equipement. électronique

Le transistor bipolaire

véhicule hybride (première

GELE5222 Chapitre 9 : Antennes microruban

La fonction exponentielle

Automatique Linéaire 1 Travaux Dirigés 1A ISMIN

Chafa Azzedine - Faculté de Physique U.S.T.H.B 1

CONCOURS COMMUN 2010 PHYSIQUE

Distribué par Lamoot Dari GTS-L 5 / 10 / 15 DONNEES TECHNIQUES

Cours de Systèmes Asservis

Les transistors à effet de champ.

Continuité et dérivabilité d une fonction

CONCOURS GÉNÉRAL DES LYCÉES Session Durée 5 heures. Corrigé. Poséidon au secours d Éole pour produire l énergie électrique

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

Multichronomètre SA10 Présentation générale

électricité Pourquoi le courant, dans nos maison, est-il alternatif?

Régler les paramètres de mesure en choisissant un intervalle de mesure 10µs et 200 mesures.

CIRCUIT DE CHARGE BOSCH

Fonctions de plusieurs variables

PRODUCTION, CONVERSION OU DISTRIBUTION DE L ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

Exercice 1. Exercice n 1 : Déséquilibre mécanique

Transcription:

G. Pinson - Physique ppliquée edressement C22-TD/1 C22-1- edressement non commandé monophasé Un pont de Graetz monophasé non commandé (= pont de diodes à structure PD2) est alimenté par un transformateur fournissant une tension alternative dont l expression est u(t) = 3 sin(1t). 1 ) Débit sur charge résistive. a charge est une résistance = 1 Ω. - Dessiner l allure de la tension redressée. - Calculer la valeur moyenne de l intensité débitée dans la charge. 2 ) Débit sur charge, E a charge est maintenant constituée par une batterie de fem E = 1 V et de résistance interne négligeable en série avec une résistance r = 2 Ω. - Déterminer les instants de mise en conduction des diodes. - Dessiner (sur le graphique tracé au 1 ) l allure de la tension u c aux bornes de la charge. - Calculer la valeur moyenne de l intensité i c parcourant la charge. - a batterie a une capacité de 2 H. Calculer la durée d une charge complète. C22-2- edressement triphasé sur charge très inductive On considère un montage P3 (en régime triphasé équilibré direct, f = 5 Hz, V eff = 24 V entre phase et neutre). e courant dans la charge est ininterrompu et parfaitement lissé, c'est-à-dire que i c = I = constante. V 1 V 2 V 3 D1 D2 D3 i c u c 1) Tracer la courbe u c (t). 2) Etablir la relation donnant la valeur moyenne de la tension redressée, notée U, en fonction de V eff..n. : calculer numériquement U. 3) Tracer les courbes des courants i D1 (t), i D2 (t), i D3 (t). Calculer leur valeur moyenne et leur valeur efficace en fonction de I (formule littérale). 4) Calculer le facteur de puissance de ce montage au secondaire du transformateur. 5) On remplace les diodes par des thyristors. Pour des angles d'amorçage θ de /6 et /2 tracer u c (t). 6) Etablir la relation donnant la valeur moyenne de la tension redressée, notée U c, en fonction de V eff et θ..n. : calculer numériquement U c. 7) Calculer la valeur moyenne et la valeur efficace des courants i Th1 (t), i Th2 (t), i Th3 (t) en fonction de I. Ces valeurs dépendent-elles de θ? 8) Calculer le facteur de puissance au secondaire du transformateur en fonction de θ. Conclusion? On donne : cos(a + b) = cosa cosb sina sinb cos(a b) = cosa cosb + sina sinb sin(a + b) = sina cosb + sinb cosa sin(a b) = sina cosb sinb cosa

G. Pinson - Physique ppliquée edressement C22-TD/2 C22-3- edressement monoalternance sur charge inductive (montage P1) 1- Décharge d'un circuit inductif par une diode 'interrupteur K est fermé depuis longtemps. l'instant t =, on ouvre K. Ecrire l'équation différentielle du courant traversant la branche pour t. ésoudre cette équation. N : = 3 Ω; =, 1 H ; E = 22 2 V E K D 1 2- égime harmonique d'un récepteur inductif Soit v(t) = V sinωt. Exprimer en fonction de V, et. N : V = 22 2 V ; f = 5 Hz v(t) 3- égime transitoire d'un récepteur inductif alimenté par une tension sinusoidale 3-1 Etablir l'équation différentielle du courant traversant la branche. 3-2 e circuit est au repos à l'instant initial. En s'aidant des résultats des 1 et 2 résoudre cette équation. Donner l'expression de i en fonction de t. N : mêmes valeurs qu'aux 1 et 2. 3-3 eprésenter les tensions v (t) et sur 6 périodes. Montrer qu'à l'intersection de ces deux courbes le graphe de présente une tangente horizontale. v(t) K 4- limentation d'un récepteur inductif à travers une diode On insère une diode D 2 supposée idéale. éexaminer l'étude précédente en indiquant les modifications apportées par D 2. On note v (t) la tension aux bornes du circuit. eprésenter (choisir des échelles convenables) : a) la tension et ses composantes transistoire et harmonique sur une période de v(t). quel instant le courant s' annule-t-il? b) les tensions v (t) et sur 6 périodes. Conclusion. 5- Circuit "roue libre" (diode de récupération) On insère la diode D 1 en parallèle sur le circuit. Mêmes questions. Conclusion. v(t) v(t) K K D 2 D 2 D 1

G. Pinson - Physique ppliquée edressement C22-TD/3 EPONSES C22-1- edressement non commandé monophasé 1 ) tension redressée : u c (t) = u(t) D 1 D 2 u(t) u c D 1 D 2 /2 3/2 2 D 1,D 2 D 2,D 1 e courant redressé a la même allure que la tension redressée, son amplitude crête est : I max = U max = 3 1 = 3 Donc : I = 1 I max sin x.dx = I max 2I [ cos x] = max 2 ) es diodes ne conduisent que si u(t) > E : 1,91 D 1 D 2 u(t) u c r D 1 D 2 E θ1 /2 θ2 3/2 2 D 1,D 2 D 2,D 1 a) Instants de mise en conduction des diodes D 1 et D' 2 : on calcule tout d'abord θ 1 : u(t) = E 3sin θ 1 =1 sin θ 1 = 1 3,33 θ 1 = arcsin,33 19,5 Par symétrie, l'extinction de ces diodes a lieu pour : θ 2 = 18 θ 1 16,5 Sachant que u(t) = 3 sin(1t), la fréquence de la source est f = 5 Hz et sa période T = 2 ms. a période du signal redressé est donc égale à 1 ms. D'où : t 1 =1. θ 1 18 1,8 ms ; t 2 =1. θ 2 8,92 ms 18 b) Voir figure ci-dessus c) I max = U max E 3 1 = =1 r 2 Donc : I = 1 θ 2 θ 1 I max sin x.dx d) Q = I.t t = 2 6 = I max 33,3 heures θ [ cos x] 2 θ1 = I max ( cosθ 2 + cosθ 1 ) 6

G. Pinson - Physique ppliquée edressement C22-TD/4 C22-2- edressement triphasé sur charge très inductive 1 ) Tension redressée d'ordre 3 (3 arcs de sinusoïde par période) V eff 2 u c V eff 2 u c 2/3 /3 2/3 4/3 5/3 2 /6 5/6 x = ωt I D1 I D2 I D3 /3 2/3 4/3 5/3 2 2 ) On effectue ce calcul sur un arc de sinusoïde, de période 2/3 : 2 sin x.dx = V eff 2 3 [ 2 cos x 5 /6 ] /6 = Veff 2 3 cos 5 6 + cos 6 U = 1 2 3 5 /6 V eff /6 Sachant que cos 5 6 = cos = cos, il vient : 6 6 U = V eff 2 3 cos = 24 2.,827 28 V 6 3 ) I D = 2 3 I 2 = I 3 ; I Deff = 2 3 I 2 2 = I 3 4 ) a puissance active est la puissance consommée par la charge (tension U et courant I continus). a puissance apparente est égale à trois fois la puissance apparente dans un enroulement, où circule un courant identique au courant traversant une diode : F = P S = U.I V eff = 3V eff.i Deff 2 3 cos 6 I = 6 I cos 6,67 3V eff 3 a faible valeur de ce facteur de puissance limite l'intérêt du montage P3 : on lui préfère en général le pont de Graëtz (PD3). 5 ) 'angle de déclenchement θ des thyristors est compté à partir de l'angle de commutation naturelle (commutation des diodes). Voir fig. ci-dessous. 6 ) Calcul identique au 2, mais avec décalage d'un angle θ :

G. Pinson - Physique ppliquée edressement C22-TD/5 U c = 1 θ+5/ 6 V 2 eff 2 sin x.dx θ+/ 6 3 U c = V eff 2 3 [ 2 cos x θ+5/ 6 ] θ+/ 6 = V eff 2 3 2 cos θ + 5 6 + cos θ + 6 Sachant que cos θ + 5 6 = cos θ 6 + = cos θ 6 : U c = V eff 2 3 2 cos θ 6 + cos θ + 6 Sachant que cos(a b) + cos(a + b) = 2 cosa cosb : U c = V eff 2 3 cos 6 cosθ U c =U cosθ Pour θ = /6, on trouve : U c 242 V ; pour θ = /2, U c =. 7 ) Valeurs identiques au 3 ), les graphes des courants étant simplement translatés d'un angle θ (voir fig.). θ = /6 θ = /2 angle de commutation naturelle /3 2/3 4/3 5/3 2 /3 2/3 4/3 5/3 2 I T1 I T1 I T2 I T2 I T3 /3 2/3 4/3 5/3 2 I T3 /3 2/3 4/3 5/3 2 8 ) Principe de calcul identique au 4 ) : F = P S = U c.i V eff = 3V eff.i Deff 2 3 cos 6 cosθ.i 3V eff 3 e facteur de puissance diminue avec θ! I = 6 cos 6 cosθ

G. Pinson - Physique ppliquée edressement C22-TD/6 C22-3- edressement monoalternance sur charge inductive (montage P1) 1- Décharge d'un circuit inductif par une diode 'interrupteur K étant fermé depuis longtemps, il circule entre et un courant continu correspondant à un régime permanent établi de façon stable. a diode D l est en inverse : elle est bloquée, n'est traversée par aucun courant et ne joue aucun rôle. Par application de la loi d'ohm, la valeur du courant est I = E/ car la bobine supposée idéale équivaut à un simple fil de cuivre, sans résistance. l'instant t =, on ouvre K. a bobine étant précédemment parcourue par I a emmagasiné de l'énergie, qu'elle va devoir restituer. Une bobine traversée par un courant ne peut voir celui-ci subir de discontinuités brusques. Dans le cas contraire, la tension à ses bornes di deviendrait infinie (ce qui, en pratique, est source dt d'arcs électriques) a bobine se décharge donc à travers D l en jouant le rôle d'un générateur qui délivre un courant de sens identique à celui qu'avait I o à t < (ce qui explique que D l soit maintenant conductrice: bobine (en convention récepteur) u = di dt D 1 di dt décharge de la bobine : i di dt < a tension entre et étant nulle ( D l conductrice supposée parfaite ), la relation à laquelle obéit est, d'après la loi des mailles : di dt + i = vec ( condition initiale ) : à t =, i() = I = E/ Cette équation a pour solution (cf cours): i = E e t/τ avec τ = / Numériquement : τ =, 33s ; I = 13,7

G. Pinson - Physique ppliquée edressement C22-TD/7 2- égime harmonique d'un récepteur inductif En utilisant les règles de calcul sur les nombres complexes appliqués à l'électricité en alternatif, on trouve : I = V Z avec : V = [V ;] = [22 2 V ; ] Z = 2 + 2 ω 2 = 31,6 Ω Z = + jω rg(z) = ϕ Z = arctan ω =1,476 rad (84,5 ) e courant s'écoulant en régime harmonique est donc : V = sin ( ωt ϕ 2 + 2 ω 2 Z ) Numériquement: = 9,85sin 314t 1,476 ( ) 3- égime transitoire d'un récepteur inductif alimenté par une tension sinusoidale 3-1 t =, la tension v(t) = Vsinωt devient positive et croit. 'équation différentielle décrivant le courant est : di + i = V sin ωt dt vec par hypothèse (le circuit est au repos à l'instant initial) : à t =, i() = 3-2 ésolution de l'équation différentielle : - Solution de l'équation générale sans second membre (cf 1) régime transitoire : di dt + i = i t/τ t (t) = ke vec : k constante d'intégration à déterminer. - Solution particulière de l'équation complète (cf 2) régime permanent : V i p (t) = sin ( ωt ϕ 2 + 2 ω 2 Z ) - Solution complète : = i t (t) + i p (t ) = ke t/τ V + sin ( ωt ϕ 2 + 2 ω 2 Z ) - pplication de la condition initiale pour déterminer la constante d'intégration k : = ke /τ V + sin ω ϕ V ( 2 + 2 ω 2 Z ) k = sinϕ 2 + 2 ω 2 Z - Solution complète sous sa forme définitive : V = 2 + 2 ω 2 - pplication numérique: sin ϕ Z.e t/τ ( + sin ( ωt ϕz )) ( ( )) = 9,85,955.e t /,33 + sin 314t 1,476 ( t en s; i en )

G. Pinson - Physique ppliquée edressement C22-TD/8 3-3 eprésentation graphique e courant est la somme de ses deux composantes, transitoire et permanente. On représente ci-dessous les tensions i, i t et i p, ainsi que la tension v/1. On constate qu'au bout de quelques périodes i p (t). On note au départ une importante surintensité : i max 5 V, soit i max 17 (au lieu de 9,85 par la suite) i t i i p v (échelle 1/1e) 4- limentation d'un récepteur inductif à travers une diode a présence de D 2 empêche le courant de devenir négatif. orsque le courant s'annule, D 2 se bloque puisqu'elle ne peut conduire un courant inverse. e courant reste donc nul jusqu'à la prochaine alternance, ainsi que la tension v aux bornes du circuit. a) Graphiquement ("zoom" ci-dessous), on constate que ce courant s'annule pour ωt 5,3 rad 1,7 soit t 17 ms : i t i i p

G. Pinson - Physique ppliquée edressement C22-TD/9 b) chaque période, le même phénomène se reproduit : on repart à zéro à chaque début d'alternance. e courant ne peut donc jamais atteindre des valeurs importantes! 5- Circuit "roue libre" (diode de récupération) e fonctionnement de ce circuit est identique au précédent lorsque v(t) >. e courant circule en effet dans le sens passant de D 2, tandis que D l est connectée en inverse. l'instant t = T/2, le courant (non nul) circule toujours dans le même sens mais la tension v(t) s'inverse : la diode D l devient conductrice, ce qui entraîne le blocage de D 2 qui est alors connectée en inverse. e courant circule donc dans,, et D l comme au 1 : la bobine se décharge en "roue libre" jusqu'à la fin de la demi-période, avant que v(t) ne devienne à nouveau positive. e cycle alors recommence. a) eprésentation graphique ("zoom" ci-dessous) de la première période : - De à t = T/2 : = 9,85(,955.e t /,33 + sin( 314t 1,476) ) i(t/2) 17 ( i 51 V) - De t = T/2 à T : i = 17e t /τ (décharge exponentielle) i(t) 12,7 ( i 38 V) : ceci est la nouvelle valeur de la condition initiale de l'équation différentielle appliquée à la deuxième période.

G. Pinson - Physique ppliquée edressement C22-TD/1 charge de décharge de v (échelle 1/1e) i b) u bout d'un temps suffisamment long (théoriquement infini), le courant en fin de période est égal au courant en début de période : on atteint le régime permanent. a résolution complète de l'équation différentielle en régime permanent est compliquée. Mais on peut raisonner plus simplement en valeur moyenne. Sachant que : < t < T di 2 dt + i = v (t) v (t) = V sin ωt T 2 < t < T di dt + i = v (t) v (t) = Il vient, en moyenne : T 1 di T dt + i dt = 1 T T v (t )dt Soit, après changement de variable t ωt = x : 2 1 di 2 dx + i dx = 1 V sin xdx + 1 2 2 2 di + 1 2 En appliquant les règles de calcul habituelles : i(2) i() 2 + 1 2 2 idt par def. du rég. permanent Soit : =<i> par def. de la val. moyenne 2 idx = 1 2 = V [ 2 cos x ] V sin xdx < i > = V 1V, soit < i > 33 Conclusion : contrairement au cas précédent, le courant peut atteindre cette fois une valeur "normale", qui ne dépend que de la valeur moyenne de la tension v redressée aux bornes du circuit et de la résistance.

G. Pinson - Physique ppliquée edressement C22-TD/11 v <i > i