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On propose d'étudier certains éléments entrant dans la constitution d'un tapis de jogging motorisé.
Le schéma de principe simplifié est donné ci-dessous :
Le tapis de jogging est entraîné par un motoréducteur dont la vitesse est régulée.
Partie A : Étude de l'onduleur
L'onduleur alimentant le moteur délivre un système de tensions triphasées.
Pour étudier la conversion réalisée par l'onduleur, on se place dans le cas d'un onduleur monophasé dont le schéma
de principe est le suivant :
Les interrupteurs électroniques K1, K2, K3et K4sont commandés périodiquement.
Aucune connaissance spécifique à l'onduleur à quatre interrupteurs n'est nécessaire pour traiter cette partie.
Chaque interrupteur électronique K est composé d'un interrupteur commandé H et d'une diode D en antiparallèle
afin de permettre la conduction dans les deux sens.
Les interrupteurs commandés et les diodes sont considérés parfaits. L'onduleur est alimenté par une source de
tension continue E.
1. Quel composant électronique peut-on utiliser comme interrupteur commandé H ?
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2. On utilise la commande suivante : Sur l'intervalle [0 ;½T ], K1et K3sont fermés, K2et K4ouverts.
Sur l'intervalle [ ½T; T], K2et K4sont fermés, K1et K3ouverts.
La tension u aux bornes de la charge et l'intensité i du courant qui la traverse sont représentées sur le
document réponse 1.
- Quelle est la valeur moyenne Umoy de la tension u aux bornes de la charge et quelle est la conversion
réalisée par l'onduleur ?
- La charge impose un courant sinusoïdal d'intensité i de valeur maximale Imax = 6 A. Calculer la valeur
efficace I du courant. Préciser les caractéristiques d'un ampèremètre permettant de mesurer cette valeur.
3. Fonctionnement de l'onduleur lorsque les interrupteurs K1et K3sont fermés (intervalle d'étude [0 ;½T ]).
- Donner une relation liant u à E.
- Le courant traversant la charge n'a pas toujours le même sens lorsque K1et K3sont fermés. En s'appuyant
sur le document réponse 1, préciser les intervalles de temps durant lesquels le courant dans la charge va de
BA, de AB ; en déduire, pour chacune des situations, les éléments passants (diode ou interrupteur
commandé).
4. Compléter le document réponse 1, en précisant les éléments conducteurs (diode ou interrupteur commandé)
pour chaque intervalle et sur une période de fonctionnement.
5. Etude de l'intensité iGdu courant fourni par la source de tension continue.
- Sur l'intervalle [0 ; ½T ], quelle est la relation entre iGet i ?
- Sur l'intervalle [½T; T], quelle est la relation entre iGet i ?
- Tracer iG(t) sur le document réponse 1.
6. Il est possible de commander les interrupteurs différemment.
- La fermeture simultanée des interrupteurs K1et K2(ou K3et K4) est interdite. Pourquoi ?
- La fermeture simultanée des interrupteurs K1et K4(ou K2et K3) est possible. Pourquoi ?
Composant électronique utilisé comme interrupteur commandé H :
transistor de puissance, thyristor.
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Valeur moyenne Umoy de la tension u aux bornes de la charge :
Sur l'intervalle [ ½T; T], u est égal à +E ; sur l'intervalle [ ½T; T], u est égal à -E :
la valeur moyenne de u est donc nulle sur une période.
Conversion réalisée par l'onduleur :
Convversion d'un courant continu en courant alternatif. C'est l'inverse du redressement.
La charge impose un courant sinusoïdal d'intensité i de valeur maximale Imax = 6 A.
Valeur efficace I du courant :
I= Imax / 2½= 6/1,414 ; I= 4,2 A.
Un ampèremètre numérique ( touche AC sélectionée) permet de mesurer cette valeur.
Fonctionnement de l'onduleur lorsque les interrupteurs K1et K3sont fermés (intervalle d'étude [0 ;½T ]).
Relation liant u à E :
u=+E.
Le courant traversant la charge n'a pas toujours le même sens lorsque K1et K3sont fermés.
Intervalles de temps durant lesquels le courant dans la charge va de BA, de AB ; en déduire, pour chacune
des situations, les éléments passants.
[0 , t1] le courant va de B --> A, diodes D1, D3passantes.
[t1, ½T] le courant va de A --> B, H1, H3passants.
[½T , t2] le courant va de A --> diodes D2, D4passantes.
[t2, T] le courant va de B --> A, H2, H4passants.
Compléter le document réponse 1, en précisant les éléments conducteurs (diode ou interrupteur commandé) pour
chaque intervalle et sur une période de fonctionnement.
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Etude de l'intensité iGdu courant fourni par la source de tension continue.
Relation entre iGet i :
[0 , t1] le courant va de B --> A, iG= i.
[t1, ½T] le courant va de A --> B, iG= i.
[½T , t2] le courant va de A --> B, iG= -i.
[t2, T] le courant va de B --> A, iG= -i.
La fermeture simultanée des interrupteurs K1et K2(ou K3et K4) est interdite :
La batterie est en court circcuit et la charge n'est traversée par aucun courant.
La fermeture simultanée des interrupteurs K1et K4(ou K2et K3) est possible.
La batterie est hors circcuit et la charge n'est traversée par aucun courant.
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Aurélie 21/06/07
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Le moteur asynchrone est soumis à des tests correspondant à son fonctionnement nominal.
Il est alimenté par une source de tensions triphasées sinusoïdales 230 V/400 V - 50 Hz.
1. Les enroulements du stator sont couplés en étoile. Quelle est la valeur efficace de la tension nominale aux
bornes d'un enroulement ?
2. L'intensité efficace nominale du courant en ligne est de 4 A. Quelle est l'intensité efficace nominale du
courant qui traverse un enroulement ? Justifier (en vous aidant d'un schéma par exemple).
3. La valeur des pertes collectives est de 180 W. Qu'appelle-t-on pertes collectives ?
- Quel type d'essai a permis de réaliser cette mesure ?
4. Lors d'un essai au point nominal de fonctionnement (à U = 400 V, f = 50 Hz), on a relevé la fréquence de
rotation du rotor n = 960 tr.min-1 et le facteur de puissance du moteur cos = 0,8. Les pertes collectives sont
supposées constantes et égales à 180 W (les pertes magnétiques dans le rotor sont négligeables). A partir de
cet essai, déterminer :
- la fréquence de synchronisme nset le nombre p de paires de pôles ;
- le glissement g ;
- la puissance Paabsorbée par le moteur ;
- les pertes Pjs par effet Joule au stator sachant que la résistance d'un enroulement est de 1 ;
- les pertes mécaniques pmsachant qu'elles sont égales aux pertes magnétiques pfer au stator ;
- la puissance Ptr transmise au rotor ;
- les pertes Pjr par effet Joule au rotor ;
- la puissance utile Pu;
- le rendement ;
-le moment Tudu couple utile.
couplage étoile :
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