I Exercice 1 : Pertes dans un hacheur série

L2 SPI
Examen GEL23a - Electronique de puissance
Juin 2014
Barème approximatif — les applications numériques ont beaucoup de poids dans l’évaluation
I
Exercice 1 : Pertes dans un hacheur série
On considère le hacheur série dessiné ci dessous. Le transistor MOS est commandé de manière périodique (période T = 1f ) avec un rapport cyclique α.
I k (t )
K
D
E
TON
I
TOF F
t
0
F IGURE 1: Hacheur Série idéal
Lors des commutations, on supposera qu’à l’amorçage du transistor le courant
monte linéairement pendant une durée TON , et qu’au blocage il décroit linéairement pendant une durée TOF F . TON et TOF F sont très petits devant la période T .
On adoptera les schémas équivalents classiques suivants pour les interrupteurs suivant leur état :
Bloqué
2 – Déterminez l’expression de la valeur moyenne et de la valeur efficace du courant dans le transistor en fonction de α et I , est-il judicieux de tenir compte
des imperfections (TON , TOF F ) dans ce calcul à la main ?
3 – Déterminez l’expression de la valeur moyenne et de la valeur efficace du courant dans la diode en fonction de α et I , est-il judicieux de tenir compte des
imperfections (TON , TOF F ) dans ce calcul à la main ?
4 – Déterminez les pertes par conduction dans le transistor en fonction de R DSON ,
α et I ,
α.T
F IGURE 2: Commutations
Passant
1 – En tenant compte des imperfections (chute de tension à l’état passant et
commutation non idéale), tracez les formes d’ondes de Vk (t ), I k (t ), VD (t ) et
I D (t ),
5 – Déterminez les pertes par conduction dans la diode en fonction de VD , R D , α
et I ,
6 – Déterminez les pertes par commutation dans le transistor en fonction de E ,
I , TON , TOF F et f 1 .
7 – Déterminez les pertes par commutation dans la diode.
8 – Faites l’application numérique pour α = 50%, avec les données suivantes :
Hacheur
D
RD
VD
Diode
Transistor
E
I
f
VD
RD
R DSON
TON
TOF F
100 [V]
200 [A]
5 [kHz]
1,5 [V]
2,5
[mΩ]
9 [mΩ]
100
[ns]
150
[ns]
K
R DSON
9 – Déterminez le rapport cyclique pour lequel le rendement du hacheur est le
meilleur.
1. Pour cela, ne considérer que les instants compris entre [0, 0 + TON ] puis entre [α.T, α.T + TOF F ] et calculer la puissance instantanée dans le transistor P K (t ) = VK (t ).I K (t ) puis en chercher la valeur
moyenne sur une période . . .
Feuille A4 manuscrite R/V autorisée – Calculatrice autorisée
Durée : 2 h
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L2 SPI
II
Examen GEL23a - Electronique de puissance
Questions diverses
II . 1 )
Juin 2014
5 – Complétez sur le document réponse page suivante la courbe de VS (t ).
Conversion DC/AC
II . 2 )
Conversion AC/DC
Un onduleur monophasé de tension alimente une charge dont l’impédance est
Un redresseur monophasé est utilisé dans une alimentation secteur d’ordinainductive. La tension du bus continu vaut 300 [V ]. L’onduleur délivre une tension
teur portable à partir du secteur. Le redresseur fonctionne en conduction continue
VS (t ) découpée périodique dont le fondamental vaut 230 [V ] (efficace) à 50 [H z].
et délivre un courant constant I A . La puissance de l’alimentation est 90 [W ].
1 – Que signifie M.L.I. ? Quelle est sa traduction anglaise ?
1 – Quelle est la valeur moyenne de la tension redressée ?
2 – La M.L.I. est de type intersective à partir d’un signal triangulaire VT R I (t ) et
2 – Quelle est la valeur du courant I A ?
d’un signal sinusoïdal d’amplitude V̂RE F . Le signal de sortie de la M.L.I est
VM LI (t ). Complétez sur le document réponse page suivante la courbe de
3 – Dessinez l’allure du courant absorbé au réseau en précisant les valeurs nuVM LI (t ).
mériques importantes sur les axes horizontal et vertical.
3 – Dessinez la structure de puissance de l’onduleur monophasé.
4 – Décrire la manière avec laquelle sont commandés les quatre interrupteurs ?
Feuille A4 manuscrite R/V autorisée – Calculatrice autorisée
4 – Calculez la valeur efficace du courant absorbé au réseau, en déduire le facteur
de puissance du redresseur.
Durée : 2 h
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L2 SPI
Examen GEL23a - Electronique de puissance
Juin 2014
Numéro d’anonymat : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
V
V̂T R I
V̂RE F
t
0
−V̂RE F
−V̂T R I
VM LI
ON
t
OFF
0
VS
VBU S
VBU S
2
t
0
−
VBU S
2
−VBU S
Feuille A4 manuscrite R/V autorisée – Calculatrice autorisée
Durée : 2 h
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