1.Etude du convertisseur alternatif/ continu
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TS 1 El Année 98-99 Essais de systèmes TP - Systèmes - La compatibilité électromagnétique du réseau d’énergie Ce tp se décompose en deux parties : Mise en évidence du problème et son origine. Etude de la solution qui permet de mettre les appareils en conformité avec les exigences des normes CEM. 1.Etude du convertisseur alternatif/ continu Présentation : Le convertisseur alternatif/continu à diodes et filtrage capacitif a un mauvais facteur de puissance car le courant qu’il consomme à une forme impulsionnelle riche en harmonique impairs. Ce convertisseur est cependant très utilisé dans l’alimentation d’équipements dont le nombre s’accroît rapidement (ordinateur , téléviseur, vidéo, chauffage à induction, variateur de vitesse , chargeurs de batteries etc) Si rien n’était fait, la pollution harmonique des réseau pourrait rapidement devenir intolérable car elle présente des inconvénients pour le réseau d’alimentation et pour les appareils qui y sont connectés. Pour éviter ce risque, de nouvelles normes de CEM basse fréquence, limitent la valeur autorisée pour ces harmoniques de courant en fonction de différents critères : puissance, forme du courant etc. But : Observer la forme de la tension de sortie fournie par ce type de redressement. Observer et analyser la forme du courant d’entrée. Mesurer les caractéristiques d’entrée de ce type de convertisseur alternatif/continu : - Le courant efficace. - La puissance apparente. - La puissance active. - Le rendement. - Le facteur de puissance. Etude préliminaire : Citer les différents types de variateurs à avoir un pont redresseur avec filtrage capacitif en étage d’entrée. Dessiner le schéma structurel de l’étage d’entrée en précisant la fonction de chaque des éléments, Vous pourrez vous aider du montage réalisé sur la maquette. Représenter l’allure du courant à l’entrée et à la sortie du pont ainsi que l’allure des tensions d’entrée et de sortie. a) pour un pont monophasé b) Pour un pont triphasé. TS El - 4/16/2017 - Variat.doc Pour la suite du tp on modélisera les impulsions de courant sous forme de demi sinusoïde. Cette modélisation donne les relations simples suivantes : Ieeff = Ipic <Is> =Ipic. 2T 2 T Ieeff : courant efficace à l’entrée. <Is> : courant moyen de sortie. Ipic : courant crête à l’entrée. T : période du signal redressé (T = 10 ms). : Temps de conduction des diodes. Application et calcul : Avec Ve = 24Veff, Rs = 44, ,chute de tension directe aux bornes d’une diode passante Vf = 1V, = 3,5ms. A partir des données ci-dessus calculer successivement : - La valeur moyenne de la tension de sortie Vs en supposant que l’ondulation a une forme triangulaire et que son amplitude Vs vaut 10%. - La valeur du courant moyen de sortie <Is>. - La puissance de sortie Ps. - La puissance active à l’entrée Pe. - Le rendement de ce convertisseur. - La valeur crête du courant d’entrée Ipic. - La valeur efficace du courant d’entrée Ieeff . - La puissance apparente S. - Le facteur de puissance F. Manipulation : (Prendre garde à la température des résistances de charges) Sur un variateur industriel relever l’oscillogramme du courant d’entrée . Sur la maquette (Ve = 24Veff et RS = 44) : - Relever le courant Ie à la mise sous tension avec puis sans résistance (R1) de limitation. - Relever l’oscillogramme du courant redressé Ired, noter sa valeur crête Ipic et le temps de conduction des diodes .(cet essai pourra être fait pour deux valeurs de la capacité de filtrage, pour la suite des mesures on prendra C = 2200F). Quels sont les différents critères à prendre en compte pour choisir les diodes du pont ? - Mesurer la tension continue de sortie Vs. - Evaluer le courant de sortie Is. - En déduire la puissance de sortie Ps. - Relever l’oscillogramme de la tension de sortie et noter la valeur crête à crête Vs de l’ondulation de tension. - Observer la tension à l’entrée du redresseur et remarquer l’importance de la distorsion causée par le redressement filtrage capacitif. ATTENTION : Connecter la masse de l’oscilloscope en T, ne pas relier simultanément au 0V par l’autre voie. A partir de la modélisation proposée en préparation et des mesures effectuées déduire : - La valeur du courant efficace Ieeff. - La puissance active Pe à l’entrée (on suppose Vf = 1Volt). - Mesurer au voltmètre la tension efficace d’entrée Ve. - En d’éduire la puissance apparente d’entrée S = Ve . Ieeff. - Le facteur de puissance F = Pe / S. TS El - 4/16/2017 - Variat.doc - Le rendement de ce convertisseur. Conclusion. 2. Etude du correcteur de facteur de puissance Présentation : La mise en conformité des équipements avec les nouvelles normes passe, le plus souvent, par le remplacement du convertisseur classique (première partie du tp) par un convertisseur de type CFP (correcteur de facteur de puissance) qui consomme sur le réseau un courant sinusoïdal et en phase avec la tension. Ainsi il n’y a plus de production d’harmoniques et le facteur de puissance devient égal à 1 d’ou le nom de ce convertisseur. But : - Etudier le principe de fonctionnement du CFP. A partir des données de la maquette, calculer les tensions, puissances et courants mis en œuvre dans ce tp. Observer les signaux de découpage pour comprendre le fonctionnement. Mesurer les caractéristiques de ce convertisseur. Préparation : Reprendre l’étude théorique faite en cours. - Dessiner le schéma de principe du pont avec CFP. - Tracer l’allure du courant traversant l’inductance pour une demi période du réseau, Représenter sur le même graphe le fonctionnement du transistor MOSFET. Manipulation : ATTENTION : alimenter l’entrée du pont redresseur en 18 VAC. Observation du découpage : (sans résistance de charge extérieure). - Relever l’oscillogramme de la tension redressée Vred et expliquer les différences éventuelle avec la forme prévue théoriquement. - Observer le courant Il dans l’inductance , commenter. - Relever la forme du courant Id dans la diode et de Iq dans le transistor. - A partir de l’oscillogramme de Il déduire la valeur de l’inductance L. - Réduire la tension d’entrée et observer son influence sur le découpage, en particulier la variation de fréquence et expliquer qualitativement cette variation. Mesure des paramètres d’entrée : - Relever les oscillogrammes de tension et de courant à l’entrée du pont. - Rs = 44, mesurer la valeur efficace du courant d’entrée Ieeff. Expliquer pourquoi il n’est pas nécessaire d’utiliser un ampèremètre efficace vrai contrairement à la première partie du tp. - Mesurer la tension d’entée Ve. - En déduire la puissance active Pe. - Expliquer pourquoi la puissance apparente S est égale à Pe et le facteur de puissance égal à 1. Boucle de tension : - Faire varier la tension d’entrée et observer l’efficacité de la boucle de tension pour maintenir la tension de sortie constante.(Donner les limites de variation de la tension d’entrée). - Observer l’ondulation de la tension de sortie et la phase de cette ondulation par rapport au courant d’entrée. Que peut-on en conclure ? - Que pensez vous de cet asservissement ? TS El - 4/16/2017 - Variat.doc Conclusion . Dossier de fabrication : PART LIST R1 22 3W 5% R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 0,1 33K 3,9k 220 33k 22k 4,7k 10K 10 10K 2200F 1000F 10nF 680nF 1F 220nF 3W 1/4W 1/4W 4W 1/4W 1/4W 1/4W 1/4W 1/4W 1/4W 50V 50V 16V 16V 16V 100V 5% 5% 5% 5% 5% 5% 5% 5% 5% 5% D1,D2,D3, D4,D5 RV1 L1 Q1 Q2 Q3 CI REG FUSE BYW98 SIOV Primaire : 69trs, 40 secondaire : 10trs,40 entrefer : 0,2 MOS IRF520 NPN 337 PNP 327 MC33262 7815 4A 30V 15V TS El - 4/16/2017 - Variat.doc
