ELECTRONIQUE DE PUISSANCE TRAVAUX PRATIQUES

Dpt. de Génie Electrique
Laboratoire d'électronique de puissance
ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
TRAVAUX PRATIQUES
Par M.O. MAHMOUDI
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Electronique de puissance
TP N° 1
REDRESSEMENT MONOPHASE A DIODES
But: - Visualiser les formes d'ondes redressées et mettre en évidence les rôles de la self et de la DRL.
1- Redressement d'une alternance:
D1 est conductrice entre 0 et θex :
ud = v ; VD1 = 0 ; id + Q.did/θ = v/r
avec: Q=Lω/r ; θ=wt ; φ=ArctgQ
θex vérifie la relation :
sin ( θ ex -φ)=- sin φ. eθ ex / Q
•
Valeurs moyennes:
- Tension redressée : U d =
- Courant redressé : I d =
•
Vm
π
Vm
πr
Tension inverse maximale:
VDmax=Vm
2- Redressement avec la DRL :
Malgré l'insertion d'une self, le redressement d'une
alternance est toujours discontinu. Pour éliminer les intervalles à
courant nul, on shunte le récepteur par une diode D2 (la cathode de
D2 est réunie à celle de D1).
-0<θ<π:
D1 est conductrice et D2 est bloqué
id + Q.did/dθ = v/r
- π < θ< 2π : D2 est conductrice et D1 est bloquée
id + Q.did/dθ = 0
La valeur moyenne du courant dans la charge est toujours égale à √2.V/πr. Le courant id circule dans D2 grâce à
l'énergie accumulée dans la self L pendant la conduction de D1, d'où le nom donné à la diode D2: "diode de
roue libre".
2
Manipulation:
Mesurer d'abord la valeur efficace de la tension simple.
1-Redressement d'une alternance
- Réaliser le montage (y compris les appareils de mesure), le récepteur étant inductif (boite à résistances en
série avec la bobine à noyau déplaçable).
- Faire vérifier le montage par l'Enseignant.
- Fixer Id=Idmax =2A en agissant sur r, la self étant court-circuitée.
NB: Une fois le réglage est fait, ne plus varier la résistance.
Visualiser pour les positions du noyau P0 et P15 (ou autres à préciser):
•
•
la tension redressée en branchant la sonde de l'oscilloscope sur la charge. Mesurer l'angle d'extinction
θex. Que peut-on conclure?
le courant redressé id en branchant la sonde sur la résistance. La valeur moyenne de id varie-t-elle
lorsque L varie? Pourquoi?
Question théorique
Tracer théoriquement id(t) sur une période pour: P0 , vmesurée , Idmax
En déduire θex et calculer la valeur moyenne de la tension redressée.
Comparer ces résultats à ceux obtenus expérimentalement.
2-Redressement avec DRL
- Brancher la diode D2 en reliant la cathode de D2 à celle de D1.
- Visualiser le courant id pour les deux positions P0 et P15 (ou celles que vous avez fixées précédemment).
La valeur moyenne de id varie-t-elle lorsque L varie? Pourquoi?
Question théorique
Tracer théoriquement id(t) sur une période pour: P0 , vmesurée , Idmax
Calculer sa valeur moyenne.
Comparer ces résultats à ceux obtenus expérimentalement.
On donne: Ln = 20 + 430.exp(-n/8,56) mH
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Electronique de puissance
TP N° 2
REDRESSEMENT TRIPHASE A DIODES
But :
- Visualisation les ondes redressées dans le cas des montages à commutation parallèle simple et double.
- Etude de l'empiétement anodique.
1- Redressement parallèle simple:
Le transformateur délivre des tensions équilibrées vj de valeur efficace V telles que:
vj = √2V.Sin(θ-2(j-1)π/3)
(j=1,2,3)
La tension redressée ud est alors:
ud = vj θε[aj ,aj+2π/3]
avec: aj = π/6 + 2(j-1)π/3
La tension redressée est formée de trois sommets
de sinusoïdes par période.
•
Valeur moyenne de la tension redressée:
3
Ud=
2π
•
I
•
a
j +1
3 6
V = 1.17 V
∫ v j dθ =
2π
a
j
Valeur moyenne du courant redressé:
d
=
U
d = 1.17 V
R
R
Tension inverse aux bornes de D1:
VD1 = v1 - vj si la diode Dj est passante (j=1,2,3)
D’où (VD)max = 2,45 V
•
Chute de tension due à l'empiétement anodique:
Pendant la commutation d'une paire de diodes, le courant débite simultanément dans les deux diodes:
celle qui va conduire et celle qui conduisait précédemment. Cet empiétement entraîne une diminution légère de
la tension redressée.
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Si xt est la réactance totale ramenée au secondaire du transformateur:
3
Xt Id
2π
∆U d =
L'angle d'empiétement µ vérifie :
_ _
1 - Cosµ = √2/3.xt.Id/V
2- Redressement parallèle double:
Dans ce montage, deux diodes montées sur deux phases différentes sont passantes: l'anode la plus positive des
anodes (1,2,3) et la cathode la plus négative des cathodes (1',2',3'). La tension redressée est alors:
ud = ud+ - ud_
La valeur moyenne est Ud = 2,34.V
L'ondulation de la tension redressée est nettement
améliorée, son facteur d'ondulation n'est que 7%.
La tension inverse a la même forme que celle du
montage à commutation simple, car la durée de
conduction d'une diode est 2π/3.
Manipulation:
Mesurer la valeur efficace de la tension simple V.
1-Montage à commutation parallèle simple:
Réaliser le montage. Un shunt de 10A doit être placé en série avec le récepteur pour la mesure (ou la
visualisation) du courant redressé. Le récepteur est constitué d'une résistance (en boite) en série avec une self à
curseur dont deux bobines sont mises en série.
•
Forme d'ondes:
Afficher un courant moyen de 3 à 5A et visualiser la forme de la tension redressée et la forme de la tension
inverse.
Noter la valeur moyenne de la tension redressée ainsi que la valeur de la tension inverse maximale aux bornes
d'une diode. Mesurer le facteur d'ondulation k.
Visualiser l'onde du courant redressé pour deux positions du noyau de la self P0 et P15 (ou autres à préciser).
Tracer théoriquement l'onde du courant id pour Id=Idmesuré et P0.
•
Empiétement anodique:
Pour la position du curseur de la self P0 et un courant moyen affiché de 10A (ou un peu moins), visualiser la
tension redressée.
Constater l'empiétement entre deux diodes (agir sur la base de temps de l'oscilloscope). Relever pour des valeurs
de Id variant de 10A à 0 (5 points), les valeurs de Ud et µ.
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Tracer les caractéristiques Ud(Id) et µ(Id) .
Quelles sont vos conclusions ? Donner une valeur de la réactance de fuites xt.
2-Pont de Graëtz
Le pont débite sur un voltmètre (à vide).
- Visualiser la forme de la tension redressée et mesurer sa valeur moyenne. Déterminer le facteur d'ondulation.
- Visualiser la tension redressée dans le cas:
a- une diode est supprimée,
b- deux diodes se trouvant sur deux phases différentes sont supprimées.
Préciser les valeurs moyennes et retrouver ces formes par la prédétermination.
On donne Ln = 0,86. exp(-n/8,56)+0,04 Henry
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Dpt. Génie Electrique/Electronique de puissance
TP N° 3
PONT MONOPHASE A THYRISTORS
1- Redressement monophasé à commutation parallèle double:
Une paire de thyristors est en conduction: (Th1,Th2) si u>0,
(Th3,Th4) si u<0.
Dans le cas d'une charge résistive (Q=0), la valeur moyenne de la
tension redressée est:
Ud = Ud 0
1 + cos α
2
avec
Ud 0 =
2 2
U
π
Pour une charge inductive (Q qLq), la conduction des thyristors
peut être continue ou discontinue.
Conduction continue: α < arctg(Q)
Th1 et Th2 sont passants et l'on a:
u
di
= id + Q d ; id ( α ) = id ( π + α )
R
dθ
l ′expression du courant redressé sera :
id ( θ ) =
2U
R 1 + Q2
[ sin( θ - φ ) +
2 sin( φ - α )
π
1 - e- Q
. e-
θ -α
La valeur moyennede la tension redressée est alors : U d =
Conduction discontinue: α > arctg(Q)
La durée de conduction des thyristors est inférieure à π.
* Th1 et Th2 sont passants dans l'intervalle [α Θex] et l'on a:
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Q
]
2 2
π
U cos α
u
di
= id + Q d
R
dθ
avec id (α) = 0
d′ ou :
id (θ) =
2U
R 1 + Q2
[sin(θ - φ) - sin(α - φ). e-
θ- α
Q ]
Les thyristors cessent de conduire à θ = θex tel que :
sin(θex - φ) = sin(α - φ). e-
θex - α
Q
* Entre [θex π+α], le courant dans la charge est nul.
La valeur moyenne de la tension redressée est alors:
Ud=
2 2
π
U
cos α - cos θ ex
2
Les formes d'ondes de la tension redressée et du courant redressé correspondant aux deux modes de conduction
sont données par la figure ci-dessous.
Formes d'ondes redressées
La figure ci-contre donne, pour Q=1, l'allure de la valeur moyenne
de la tension redressée en fonction de l'angle d’amorçage α.
pour Q=1, φ=π/4
0< α <π/4 : la conduction est continue;
π/4< α <π : la conduction est discontinue.
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2. Redressement avec diode de roue libre
Entre [π π+α] u < 0, la DRL est passante
shuntant ainsi la charge, le courant décroît en exponentielle.
la DRL a pour rôle donc d'éviter les intervalles à courant nul.
La valeur moyenne du courant redressé est alors:
Id =
U d 2 2 U 1+ cos α
=
R
2
π R
MANIPULATION
Mesurer d'abord la valeur efficace de la tension d'alimentation U.
1.Charge résistive:
- Réaliser le montage et connecter le G.I (utiliser les cavaliers), prendre R=RM=100Ω.
- Alimenter l'appareillage en présence de l'Enseignant, et visualiser pour α=π/2 la tension redressée.
- Tracer la valeur moyenne de la tension redressée en fonction de α, pour α variant entre 0 et π.
- Tracer la courbe théorique et la comparer à la courbe expérimentale. Vos conclusions?
2. Charge inductive:
- Connecter la self Ln (1<n<6) en série avec la résistance RB=75Ω.
- Pour L=L3, Visualiser la tension redressée et le courant redressé pour α=π/3 et α=2π/3.
Mesurer les valeurs moyennes et préciser la durée de conduction des thyristors.
- Tracer la courbe donnant la valeur moyenne de la tension redressée en fonction de α.
- Tracer la courbe théorique et comparer les résultats.
- Pour les mêmes valeurs de R et L, tracer par la théorie les expressions du courant redressé pour α=π/3 et
α=2π/3.
3. Redressement avec la DRL
- Brancher la DRL.
- Garder le récepteur précédent et visualiser la tension et le courant redressés pour α=π/2
- Tracer la courbe donnant la valeur moyenne du courant redressé en fonction de α.
- Retrouver ces résultats par la théorie. Quelles sont vos conclusions?
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Dpt. Génie Electrique/Electronique de puissance
TP N° 4
HACHEUR-SERIE A THYRISTORS
I. Fonctionnement sur charge inductive:
Le hacheur-série est un interrupteur électronique placé
en série avec le récepteur. Il permet de délivrer au récepteur
une tension continue dont la valeur moyenne varie avec la
durée de conduction du hacheur.
Désignons par:
θ la durée de conduction du hacheur
T sa période de hachage
α=θ/T le rapport cyclique (0<α<1)
La valeur moyenne de la tension aux bornes du récepteur est:
θ
1
E s dt = E s
∫
T0
T
θ
Ud=
=E α
s
Dans le cas d'une charge inductive, la diode DRL court-circuite la charge à l'ouverture du hacheur, ce qui libère
l'énergie électromagnétique emmagasinée par la self à la fermeture du hacheur. Le mode de conduction est alors
continu.
Pendant la fermeture du hacheur (0 < t < θ) :
Ldid
dt
Pendant son ouverture(θ < t < T) :
Es = Rid +
Ldid
dt
id (0) = id (T) = Imin et id (θ) = Imax
0 = Rid +
avec :
la résolution donne :
(τ =
L
)
R
θ
Es 1 - e τ
Imin =
R 1- T
eτ
et
Imax = Imin e
T-θ
τ
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La valeur moyenne du courant dans la charge est Id=α.Es/R.
L'ondulation du courant s'exprime par:
I max - I min = I min (1 - e
T -θ
τ
)
 On montre que l'ondulation est maximum pour θ=T/2.
 L'ondulation du courant est d'autant réduite que la fréquence de hachage est élevée.
 L'augmentation de l'inductance L diminue l'ondulation.
II. Montage pratique:
Le montage pratique (fig. a) est constitué :
- d'une source d'alimentation, composée d'un redresseur à diodes et d'un filtre d'entrée ayant pour rôle de réduire
les ondulations de la tension redressée et du courant.
- d'un hacheur à thyristors (fig. b), composé d'un thyristor principal Th1 et d'une cellule d'extinction
à blocage en tension (hacheur de Jones): C=8µF ; l=75 µH.
Les formes d'ondes de la tension aux bornes de la charge et de la tension aux bornes de la capacité de
commutation sont données à la figure (c).
Figure:(a) Montage pratique, (b) Hacheur de Jones, (c) Formes d'ondes
Le thyristor principal Th1 est dimensionné pour un courant direct répétitif d'intensité maximale:
I TM = I d + E s
c
l
La diode DRL doit accepter une tension inverse de 2Es.
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L e choix de la capacité est tel que : C >
tq I d
Es
avec tq est le temps de recouvrement, vaut 120 µs pour les thyristors SKT 100,12.
III. Manipulation:
Réaliser le montage et fixer Es=120 Volts en agissant sur l'alternostat triphasé.
Pour α=αmax, régler le courant dans la charge Id=4A en agissant sur les résistances.
Régler la fréquence de hachage f=100 Hz en agissant sur la fréquence du multivibrateur astable.
1. Charge résistive: (Boite à résistances 10A max)
- Pour α=0.5, visualiser les ondes de la tension aux bornes de la charge ainsi que celle aux bornes de la capacité
de commutation.
- Représenter ces formes sur un même papier quadrillé.
- Représenter ces formes d'ondes théoriquement. Justifier le choix de la capacité de commutation et préciser la
valeur maximale du courant traversant le thyristor principal.
2. Charge inductive: (résistances 10A max + self à curseur)
- Visualiser les formes de la tension aux bornes de la charge et du courant pour α=0.5 et pour trois positions du
noyau (p.ex: 0,10,20). Noter les valeurs moyennes.
- Tracer la courbe Id(α) pour une seule position du noyau (p.ex: 10).
- Tracer la courbe ∆Id(L) pour α= 0.5 et L20 < L < L0.
- Tracer la courbe ∆Id(f) pour α= 0.5, L=L10 et 50 Hz < f < 200 Hz.
Expliquer ces résultats et commenter vos courbes.
Quelles sont vos conclusions ?
On donne : Ln = 40 + 860.exp(-n/8,56)
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