Rappelles sur la machine à courant Continu

L2-SPI Contrôle continu GEL23a- Electronique de puissance Novembre 2014
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Bonne chance !
Rappels sur la Machine à Courant Continu (MCC) :
Schéma équivalent :
Fig1 : Modèle électrique d’une machine à courant continu
Équations électromagnétiques :
  ∗ 
   ∗ Ω
Avec :
 C
E
: Couple électromagnétique [Nm].
 I : Courant absorbé par la machine à CC. [A]
 K : Constante qui dépend des paramètres de construction de la machine à CC
 E : La FEM de la machine à CC. [V]
 Ω : Vitesse de rotation de la machine à CC [rd/S].
Réversibilité de la machine à courant continu :
A partir d’un fonctionnement donné, la réversibilité d’une machine à CC peut intervenir de deux
manières :
1. Par inversion du sens de rotation, qui se traduit par un changement de signe de la fem E
(réversible en tension).
2. Par inversion du couple électromagnétique, donc par changement du signe du courant I
(réversible en courant).
Fig2 : fonctionnement de la MMC dans les quatre quadrants.

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Problème :
Partie1 :
Fig3 : Alimentation d’une MCC
Une machine à courant continu à excitation séparée est alimentée par une source de tension continu
(E=750V) à travers un convertisseur DC/DC (figure3). Lors des phases de mise en mouvement, la
source d’entrée fournit de la puissance électrique à la MCC qui la convertit à son tour en puissance
mécanique (fonctionnement moteur avant - « fonctionnement dans le 1
er
quadrant figure2 »). Lors
des phases de freinage, on peut récupérer une partie de l’énergie cinétique en faisant transiter la
puissance de la MCC vers la source (fonctionnement génératrice avant - « fonctionnement dans le
2ème quadrant figure2 »). On prend l’hypothèse que la vitesse de rotation Ω est tout le temps
positive (Ω>0. Quel que soit t).
1) Donner la nature et la réversibilité des sources à l’entrée et à la sortie du convertisseur.
2) Indiquer les configurations de connexion que l’on peut avoir en respectant la règle
d’association des sources.
3) Proposer une structure pour le convertisseur.
4) Tracer les points de fonctionnement des interrupteurs dans un diagramme V-I
5) Choisir une technologie de semi-conducteur, par rapport au tableau des différents types de
semi-conducteur (Annexe).
6) « Question bonus ». le convertisseur est-il un hacheur à accumulation inductive, réversible
en courant et/ou en tension ?
Partie2 :
Fig4 : hacheur DC-DC
Le convertisseur donné en figure4 a un fonctionnement périodique de fréquence f =1/T=1kHz.
L’interrupteur K est commandé à la fermeture (passant) entre les instants t=0 et t=αT (α : rapport

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cyclique). La tension d’alimentation est constante (E=750V). On suppose qu’on est en conduction
continu. Les composants semi-conducteurs sont considérés parfaits.
1) Donner le nom du convertisseur.
2) Donner l’expression du courant dans l’inductance de 0 à αT, et de αT à T (dans le cas L/R >> T)
3) Tracer les formes d'ondes (en régime permanent) de : V
L,
I
L
, V
D,
I
D
, V
K,
I
K
, pour α quelconque.
4) Donner l’expression de la tension moyenne aux bornes de l’inductance L < V
L
>.
Calculer la valeur de la tension de sortie V
s
pour α=0.75.
5) Donner l’expression de L en fonction de E, V
s
, T, α, et Δ I
S
.
Quelle est la valeur de L pour avoir une ondulation de 10% crête à crête par rapport au
courant de sortie I
s
? AN : I
s
=500A. α=0.75
Questions indépendantes
 Déterminez les valeurs des courants I
1
, I
2
, I
3
.
Avec : E=100V, V
1
=20V, R1=R2=15kΩ, R3=20kΩ, R4=30kΩ
 Déterminez l'impédance équivalente du dipôle suivant.
Annexe
technologie de semi
-
conducteur (1)
technologie de semi
-
conducteur (2)
Avec
: C=
10 µ F
R1= 20 mΩ
R2=5mΩ
L=200nH
F=1kHz