TP CS-5.2 Cordeuse de raquette Hacheur 4 quadrants

CS Conversion statique d’énergie
TP CS-5.2
Hacheur 4 quadrants
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Cordeuse de raquette
Hacheur 4 quadrants
Moyens : La cordeuse de raquette SP55
Prérequis : le cours sur la conversion statique d’énegrie
Groupes : binôme
Durée : 1h30
Problème technique :
Dans le cadre d’un renouvellement de gamme, vous cherchez à améliorer le service rendu par la cordeuse, en
particulier la précision de la tension de la corde. Vous décidez de réévaluer la fonction Distribuer de la chaîne
d’énergie pour identifier les paramètres déterminants.
L'étudiant doit :
Identifier les régimes de fonctionnement mécanique de l'actionneur (quadrants) ;
Identifier les convertisseurs et les paramètres de commande liés à la conversion
d'énergie et à la variation de vitesse ;
Analyser le fonctionnement d'un convertisseur (formes d'ondes des tensions et
courant) ;
Justifier le choix des semi-conducteurs utilisés en s'appuyant sur les caractéristiques
principales issues de documents techniques.
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1- Identification matérielle et analyse fonctionnelle :
1-1 Observation du fonctionnement :
A partir du dossier technique de la cordeuse fournie dans le dossier "classe" ainsi que le diagramme de définition de
bloc :
Q1 Quelles mesures allez-vous exploiter pour étudier le comportement du convertisseur statique de puissance et
notamment déterminer les quadrants de fonctionnement?
Q2 Placer la corde dans le mors de tirage, fixer une consigne de tension de 25 Kg et faire un essai. En quel régime de
fonctionnement (moteur / génératrice) travaille a priori la MCC ? Quelles sont les réversibilités nécessaires de la
source et de la charge ?
1-2 Architecture du système : chaîne d’énergie :
Q3 Compléter les éléments de la chaîne d'énergie :
2- Analyse de l’interface de puissance : Stratégies de commande :
L'objectif de cette partie est de comparer les stratégies de commande unipolaire / bipolaire d'un hacheur 4
quadrants, à partir de l'étude du schéma du convertisseur statique de la cordeuse.
2-1 Analyse du schéma de l’interface de puissance :
Le dossier technique fait apparaître le schéma figurant en page
suivante.
Q4 Entourer les composants réalisant les fonctions Communiquer et
Distribuer. Quel nom porte la structure assurant la fonction
Distribuer ?
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Q5 Mettre en relation le comportement observé lors de l'essai précédent et les possibilités du pont en H en
complétant le tableau :
Quadrant 1
Quadrant 2
Quadrant 3
Quadrant 4
Vitesse variable
Comportement
observé de la
MCC
Possibilités
du pont
en H
K1
K3
U
i
K2
K4
Q6 Que la commande à vitesse variable nécessite une phase de roue libre (u = 0 ; commande unipolaire) ou une
phase de récupération (u = -V ; commande bipolaire), le convertisseur convient-il ? Justifier.
Q7 Que faudrait-il modifier pour pouvoir effectuer ces stratégies de commande.
2-2 Les stratégies de commande du hacheur :
On envisage 2 possibilités de commande des transistors K1 à K4 :
Q8 Pour chaque mode de commande : Tracer l'allure de la tension u(t) aux bornes du moteur, sachant que
l'alimentation est V.
Q9 En déduire l'expression de la valeur moyenne <u> de la tension u(t).
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Q10 Tracer le trajet du courant dans chaque situation, en tenant compte qu'il n'y a qu'un fonctionnement moteur :
Q11 Bien que ce ne soit pas utile pour la cordeuse, le fonctionnement de la MCC en génératrice est-il possible avec
les 2 commandes ? Par où passerait le courant dans les situations suivantes :
MARCHE AVANT
MARCHE ARRIERE
MARCHE AVANT
MARCHE ARRIERE
Q12 Quelle est l'excursion de α pour obtenir les 2 sens de rotation ?
Tracer Ω(α) dans le cas bipolaire :
3- Observation expérimentale des signaux u et i de la MCC :
L'objectif de cette partie est de visualiser les signaux tension / courant de la MCC, et d'en conclure les quadrants de
fonctionnement et la validité de la stratégie de commande pour la variation de vitesse.
Q13 Proposer un protocole de mesure qui vous permette d’identifier la stratégie de commande choisie par le
constructeur.
Comment peut-on mesurer la tension moyenne <u>, afin de valider l'expression théorique <U> = ±αV
Installer les appareils de mesure en tenant compte de la connexion du moteur par rapport au bornier disponible :
Visualisation des signaux u(t) et i(t)
Q14 Faire les essais dans les 2 sens de fonctionnement du chariot. Les signaux sont-ils conformes à ce que vous
attendiez ?
On voit que le courant revient à 0 avant la fin d'une période. On est alors en conduction discontinue, et le réglage de
la vitesse ne se fait plus par le rapport cyclique de la tension.
Q15 Donner 2 moyens de résoudre ce problème.
Réglage de la vitesse
Q16 Démontrer que pour une MCC dont la résistance d'induit est négligeable, et en régime permanent et
périodique, la vitesse est directement proportionnelle à la tension moyenne <u>.
Relever la fréquence de commande du hacheur.
4- SYNTHESE : INTERPRETATION DES MESURES ET CONCLUSION :
Q17 Quelles sont les conséquences possibles d’une forte ondulation de courant sur un système ? La situation est-elle
envisageable ici ? (comparer les dynamiques électrique et mécanique de la cordeuse).
Q18 Réponse au problème technique initial : la fonction Distribuer a-t-elle un impact sur la précision de la tension de
la corde ?
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Diagramme de définition de bloc : Cordeuse
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