Conversion d`Energie Exercice 1

Contrôle de Synthèse : Conversion d’Energie
Calculatrice autorisée, polycopié non autorisé, 2 heures
Les réponses ENCADRÉES doivent être littérales (avec les notations de cet énoncé) puis numériques en deux
temps, avec la valeur numérique de chaque grandeur, puis le résultat.
Exemple :
S= 3UI
S = 3 x 220 x 10 = 3810 VA
(un résultat numérique sans valeurs intermédiaires n'est pas noté)
Prendre soin de ne pas mélanger les documents réponses et de faire les dessins demandés sur le graphique prévu,
ne pas oublier Nom Prénom sur chaque feuille...
Les exercices 1 et 2 sont indépendants.
Exercice 1 : Alternateur Triphasé
Un alternateur triphasé couplé en étoile alimente une charge résistive.
La résistance d'un enroulement statorique est RS = 0,5 Ω .
La réactance synchrone est XS = 25 Ω .
La charge, couplée en étoile, est constituée de trois résistances identiques R = 50 Ω .
1- Faire le schéma équivalent du circuit (entre une phase et le neutre).
2- Sachant que la tension simple à vide de l'alternateur est E = 240 V, calculer la valeur
efficace des courants de ligne I et des tensions simples V en charge.
3- Calculer la puissance active consommée par la charge.
4- L’ensemble des pertes collectives et par effet Joule au rotor s’élève à 1 kW.
Calculer le rendement de l’alternateur.
5- La tension entre phase et neutre (V) étant calculé lors de la question 2,
Tracer le diagramme de Behn-Eschenburg et retrouver graphiquement la tension à vide E de la question 2.
Exercice 2 : Redressements Non Commandé et Commandé
Sur les feuilles de triphasé, la tension vs1(t) (= Vsm*sin wt) est toujours prise comme origine des phases
Les parties 1 et 2 sont indépendantes.
1ère partie
En salle C02, un redresseur
PD3 est alimenté par un réseau
triphasé direct 220 V /50 Hz
par
l'intermédiaire
d'un
transformateur triphasé, de
puissance apparente égale à
3,45 kVA, avec un couplage
libre au primaire (220V/380V)
et
libre
au
secondaire
100V/175V.
La charge fortement inductive
absorbe un courant Ic constant.
1.- En tenant compte du réseau d’alimentation du transformateur, ce dernier sera couplé en triangle ou en étoile ?
Justifier votre réponse.
2.- En couple le secondaire du transformateur en étoile, calculer le rapport de transformation et le rapport du
nombre de spires entre enroulements secondaires et primaires.
3.- Sur la feuille n°1, repérer les tensions simples et composées au secondaire (seule vs1(t) est représentée).
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Représenter la tension ucA(t) , le courant isA1(t) ainsi que la tension aux bornes de la diode 5.
Représenter le courant ip1(t) (bien analyser le sens des enroulements…) ainsi que le courant en ligne ilA1(t) avec
une échelle différente de celle de isA1(t), préciser les valeurs numériques (en Ampères) que prennent ces
différents courants
4.- Donner la valeur moyenne UcA0 de ucA(t) si les éléments sont parfaits.
5.- En se servant de la puissance apparente du transformateur, calculer la valeur efficace Iseff de isA et déduire la
valeur maximale du courant de charge Ic. Calculer la valeur moyenne Id et la valeur efficace Ideff du courant dans
une diode et la tension inverse maximale aux bornes d'une diode VDimax.
6.- L’impédance de l'inductance de fuite ramenée au secondaire du transformateur vaut X2 = 406 m Ω . Pour Ic
maximal, calculer l'angle d'empiètement α ainsi que la chute de tension ∆ Uc qui en découle.
7.- Les diodes présentent une tension de seuil de 1 V et une résistance à l'état passant de 10 m Ω , La résistance
totale du transformateur ramenée au secondaire vaut 0,3 Ω .
Calculer la chute de tension ∆ Uc produite par ces éléments et la tension réelle UcA.
2ème partie
Un pont complet PD3 est alimenté
par le même réseau triphasé direct
220 V que précédemment (1ère
partie), le transformateur est
couplé en triangle-étoile.
La charge fortement inductive
absorbe un courant constant Ic =
14 A.
1.- Calculer le rapport du nombre de spires entre enroulements secondaires et primaires.
2.- Sur la feuille n°2, repérer les tensions simples et composées et prendre soin de représenter les grandeurs
électriques sur le bon graphe.
Représenter lorsque ψ = 150° les tension ucB1(t) (entre cathodes communes et neutre), ucB2(t) (entre anodes
communes et neutre) et ucB(t)= ucB1(t)- ucB2(t) ainsi que la tension aux bornes du thyristor 5.
Représenter le courant secondaire isB1(t), le courant primaire en ligne ilB1(t) (bien analyser le sens des
enroulements…) préciser les valeurs numériques (en Ampères) que prennent ces différents courants
3.- Donner la valeur moyenne UcB de ucB(t) lorsque ψ = 150° ( les éléments sont parfaits).
3ème partie
Les 2 ponts PD3 précédents sont placés en
série à partir du même réseau triphasé direct 220 V
que précédemment
La charge fortement inductive absorbe toujours un
courant constant Ic = 14 A.
1.- En considérant un angle de garde de 30° pour le fonctionnement en onduleur du pont B, quelle est la plage
possible de variation de Uc .
2.- Quel est, lorsque ψ = 0°, l'allure de la tension uc(t) ?, que vaut sa valeur moyenne? Faire un schéma explicatif.
3.- Quel est l'intérêt d'un tel montage ?
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