Royaume du Maroc OFFICE DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE ET DE LA PROMOTION DU TRAVAIL MODULE 09 Circuits de puissance Travail Pratique Télécharger tous les modules de toutes les filières de l'OFPPT sur le site dédié à la formation professionnelle au Maroc : www.marocetude.com Pour cela visiter notre site www.marocetude.com et choisissez la rubrique : MODULES ISTA Première Année Programme de Formation des Techniciens Spécialisés en Électronique DIRECTION DE LA RECHERCHE ET INGENIERIE DE LA FORMATION Septembre 1995 CIRCUITS DE PUISSANCE TRAVAIL PRATIQUE Contrôle de température en tout ou rien ou par cycles complets TECCART INTERNATIONAL 2000 inc. 3155, boul. Hochelaga, Montréal, Québec (Canada) H1W 1G4 RÉDACTION Pierre Asselin, Annie Roy & Yves Tessier DESSINS ET CONCEPTION GRAPHIQUE Rémi Gaudreau RÉVISION TECHNIQUE Pierre Asselin RÉVISION LINGUISTIQUE François Gaudreau COMMISSION DE VALIDATION Formateurs de l'OFPPT Les droits de reproduction et de diffusion de ce document sont cédés par Teccart International 2000 inc. à l’Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion du Travail du Royaume du Maroc, pour sa propre utilisation au Maroc. Mis à part l’OFPPT, toute reproduction, en tout ou en partie, par quelque procédé que ce soit, est interdite. Tp7_Cp.Doc, imprimé à Montréal, le 17 avril 2017 TABLE DES MATIÈRES 7. CONTRÔLE DE TEMPÉRATURE 7-1 7.1 Information générale 7.1.1 Compétences visées 7.1.2 Critères particuliers de performance 7.1.3 Durée du travail pratique 7.1.4 Matériel nécessaire, par équipe 7.1.5 Directives 7.1.6 Évaluation (formative) 7-1 7-1 7-1 7-1 7-1 7-2 7-2 7.2 Description de la tâche: 7-2 7.3 Introduction 7-2 7.4 Contrôle de température par commande tout-ou-rien 7.4.1 Calcul de température: 7.4.2 Test du circuit de contrôle: 7.4.3 Test du circuit de puissance 7.4.4 Test du contrôle de la température: 7-3 7-3 7-3 7-4 7-4 7.5 Contrôle de puissance par cycles complets 7.5.1 Test du circuit de contrôle: 7.5.2 Test du circuit de puissance: 7.5.3 Test de la commande par cycles complets 7-5 7-5 7-5 7-6 Travail Pratique Circuits de Puissance 7. Contrôle de température 7.1 Information générale 7.1.1 Compétences visées Utiliser de façon sécuritaire les appareils de mesure dans des circuits de puissance. Utiliser une autre méthode de contrôle de puissance. 7.1.2 Critères particuliers de performance Montage fonctionnel de circuit; de rampe synchrone, d’isolation et de puissance. Utiliser correctement les instruments de mesure. Notion de sécurité de mesure dans un circuit isolé d’un autre. Étudier des contrôles de charges alimentées en courant alternatif afin d'approfondir vos connaissances dans le domaine des commandes de puissance utilisant des convertisseurs c.a. à c.a.. 7.1.3 Durée du travail pratique La durée de ce travail pratique est de 3 heures. 7.1.4 Matériel nécessaire, par équipe Plaquette de montage; résistances 180, 1k8, 3k, 9k1, 10k. 13k, 27k; 51k, 200k, 300k, 910k résistances 2 x 100; potentiomètres 2 x 10k; condensateurs 0.01F, 100F/25V; MOC3041 circuits intégrés LM339, 741; Capteur de température LM335; diode zener 5.1V (1N4733); 2 diodes logiques 1N4148 TRIAC SC146; ampoule d’environ 60W avec douille; Alimentations c.c. bipolaire; générateur de fonctions; Appareils de mesure (multimètre numérique & oscilloscope). Contrôle de Température Page 7-1 OFPPT/TECCART Travail Pratique Circuits de Puissance 7.1.5 Directives Le travail se fait en équipe de deux stagiaires et chaque équipe doit réaliser, au préalable, son circuit sur plaquette de montage. Le rôle des formateurs est d’aider les stagiaires à atteindre les critères particuliers de performance. 7.1.6 Évaluation (formative) Ce travail pratique est formatif mais est quand même corrigé par le formateur. Pendant le déroulement du laboratoire vous aurez à faire vérifier votre travail et votre compréhension du circuit. Des vérifications auront lieu à trois reprises. L’évaluation portera sur: 1- la démonstration du fonctionnement des circuits ..................................... 50% 2- l’explication et la démonstration claire du fonctionnement technique d’une section choisie par l’enseignant ................................................................ 30% 3- Les calculs .................................................................................................. 5% 4- La qualité du montage............................................................................... 15% 7.2 Description de la tâche: Votre travail consiste à monter sur plaquette de montage les circuits les uns après les autres. Assurez-vous de comprendre le fonctionnement du circuit car le formateur, lors de votre évaluation, vous posera des questions précises sur le fonctionnement des circuits réalisés. Vous devrez expliquer verbalement et démontrer visuellement le fonctionnement de la partie évaluée. 7.3 Introduction Il est facile de varier la tension aux bornes d'une charge lorsque la puissance maximum pouvant être dissipée par celle-ci oscille dans les milliWatts. Ce contrôle devient plus ardu lorsqu'il s'agit de commander la puissance d'un éclairage de 2000 W ou plus encore, d'un moteur de 100 kW. Afin de réaliser ces contrôles l'utilisation des thyristors, en particulier les SCR, est de misent. Ces composants permettent le passage de fort courant tout en chutant peu de tension. La puissance dissipée par ceux-ci est alors relativement faible. Trois modes permettent de contrôler la puissance d'une charge, les commandes tout-ou-rien, par angle d'amorçage et par cycles complets. Vous analyserez, dans le présent travail pratique, deux de ces méthodes. Contrôle de Température Page 7-2 OFPPT/TECCART Travail Pratique Circuits de Puissance 7.4 Contrôle de température par commande tout-ou-rien Le LM335 est un capteur de température intégré permettant d'obtenir une lecture de tension proportionnelle à la température en degré Kelvin. Lorsque la température atteint 0 Kelvin (i.e. -273°C) la tension aux bornes du LM335 est de 0V. La tension du capteur varie alors de +10mV par augmentation de 1 Kelvin (1°C). Nous sommes alors en mesure de conclure que lorsque la température atteint 0°C (+273 Kelvin) la tension aux bornes du LM335 sera de Tension aux bornes du LM335 Température en Kelvin Tension au LM335 à 0°C = Température en Kelvin * 10mV = Température en Celsius + 273 = (0 + 273) * 10 mV = +2.73V 7.4.1 Calcul de température: Calculez les tensions aux bornes du LM335 si la température se situe à: Tableau 7-1 Température -40°C 0°C +25°C +100°C Tension du LM335 + 2.73V +3.73V 7.4.2 Test du circuit de contrôle: Montez la section de contrôle de la Figure 7-1 (i.e. les composants à gauche du MOC3041) après avoir déterminées les valeurs manquantes du circuit. Ajustez le point de consigne (broche 2 du 741) afin que la sortie du 741 bascule à une température de +30°C. Vérifiez le fonctionnement du circuit en chauffant le LM335 à l'aide de votre fer à souder. +15V +15V R5 1k8 R1 R7 R2 5.1V 13k LM335 C1 0.01F +15V MOC3041 L1 60W R8 180R R6 741 10k 240V Q1 R3 10k -15V D3 1N4148 Q2 R4 27k Figure 7-1 Circuit du contrôle de température en tout-ou-rien Contrôle de Température Page 7-3 OFPPT/TECCART Travail Pratique Circuits de Puissance 7.4.3 Test du circuit de puissance Débranchez le collecteur de Q1 et assurez-vous que la DEL du MOC3041 soit toujours alimentée. Montez la section de puissance et vérifiez-en le fonctionnement. Pour ce faire assurezvous que l'ampoule s'allume lorsque la DEL est alimentée et que celle-ci s'éteint lorsque la DEL est placée hors fonction. 7.4.4 Test du contrôle de la température: Reliez les deux sections et approchez l'ampoule de 60W à proximité du capteur de température. Ceci permet de simuler une hausse de température telle l'alimentation d'une plainte chauffante dans une maison. Vérifiez ce qui se produit et concluez sur le fonctionnement du circuit. !!! ATTENTION, lorsque vous prenez des formes d'onde dans le circuit de puissance assurez-vous de ne pas utiliser plus d'une référence de l'oscilloscope (GND). L'utilisation des deux fils noirs (GND) un du coté puissance et l'autre du coté contrôle pourrait-être désastreuse puisqu'il faut toujours avoir en tête que ces deux fils sont reliés à l'intérieur de l'appareil. Ce type de branchement pourrait engendrer un court-circuit mémorable. Lorsque vous désirez prendre des formes d'onde tenez-vous en au circuit de contrôle ou à la section puissance, pas les deux simultanément. Que se produit-il si vous changez le TRIAC pour un SCR ? Expliquez. Contrôle de Température Page 7-4 OFPPT/TECCART Travail Pratique Circuits de Puissance 7.5 Contrôle de puissance par cycles complets La commande par cycles complets de la Figure 7-2 utilise une forme d'onde en dents de scie variant de +1V à +5V. Un oscillateur à LM339, un comparateur à hystérésis (i.e. possédant deux points de basculement +1V et +5V) ainsi qu'une source à courant sont utilisés afin de générer cette forme d'onde. Puisque cette dernière est réalisée à l'aide d'une source à courant constant il s'agit là d'un contrôle linéaire. A +1V la puissance est minimale et à +5V elle est maximale. Déterminez la puissance dissipée par la charge ainsi que le nombre de cycles par période de rampe, si le point de consigne (broche 4) est à: Tableau 7-2 Consigne Puissance cycles/période +1V 0% 0 cycle 57.5% 57 cycles 100% 100 cycles +2.2V +3.3V +4.4V +5V 7.5.1 Test du circuit de contrôle: Montez la section de contrôle (i.e. composants à gauche du MOC3041) de la Figure 7-2 après avoir déterminées les valeurs manquantes du circuit. Ajustez la rampe par l’entremise du potentiomètre de 10k afin d’obtenir l’équivalent de 100 cycles complets pendant une période du secteur (50Hz). Reliez la broche 4 du LM339 à un bloc d’alimentation et ajustez-le afin d'obtenir une puissance de 65% à la charge. Vérifiez le fonctionnement du circuit en analysant, entre autre, la forme d'onde à la broche 2 du LM339. 7.5.2 Test du circuit de puissance: Débranchez la broche 2 du LM339 et assurez-vous que la DEL du MOC3041 soit toujours alimentée. Montez la section de puissance en utilisant l'ampoule de 60W comme charge. Vérifiez le fonctionnement du circuit en vous assurant que l'ampoule s'allume lorsque la DEL est alimentée et que celle-ci s'éteint lorsque la DEL est placée hors fonction. Contrôle de Température Page 7-5 OFPPT/TECCART Travail Pratique Circuits de Puissance 7.5.3 Test de la commande par cycles complets Reliez les deux sections et vérifiez le fonctionnement du circuit lorsque le point de consigne est à 65%. Variez le point de consigne et concluez sur le fonctionnement du circuit. Que se produit-il si vous changez le TRIAC pour un SCR ? Expliquez. +12V R4 100R R5 100R Q1 Q2 C1 100F R6 51k +12V D1 1N4148 R9 300k R8 200k R11 2k R10 910k +12V D2 1N4148 R12 9k1 11 R7 10k D 10 13 R13 3k 9 14 C 5V 8 +12V +12V 1V 5 4 A 12 ENTRÉE R2 MOC3041 3 2 CHARGE LM339 R1 6 7 B 1 Figure 7-2 Circuit du contrôle par cycles complets Contrôle de Température Page 7-6 OFPPT/TECCART