Redressement monophasé non commandé

TP EEA 3.2 -Électrotechnique-
Redressement monophasé non commandé
Simulation en électronique de puissance
avec PSIM
Introduction
Le schéma classique de transport d'énergie électrique de la centrale de production vers le particulier
est donné ci-dessous.
Production
d'énergie Transport TransformateurTransformateur
Centrale EDF RTE Particulier
20 000V/50Hz 230V/50Hz
400 000V/50Hz
225 000V/50Hz
63 000V/50Hz
ConvertisseurCompteur
230V/50Hz
25 000V/4 400Hz
5V, 12V DC...
Illustration 1 : Schéma classique du transport de l'énergie de la production -EDF- vers le particulier.
Dans ce T.P. nous allons nous intéresser au convertisseur statique : alimentation flyback que l'on
retrouve classiquement chez les particuliers -illustration 2-. Et plus particulièrement à la partie
redressement.
Réseau
électrique Redresseur Interrupteur Transformateur Sortie
230V/50Hz
Bus continu
300V 230V/50Hz
25 000V/4 400Hz
5V, 12V DC...
Illustration 2 : Schéma classique d'un convertisseur statique -alimentation de TV, PC etc...-.
Ce T.P. porte donc sur la simulation de redressement monophasé non commandé, sur différents
types de charges résistives, capacitives et inductives.
Objectifs
Les 2 objectifs de ce T.P. sont :
–l'apprentissage d'un logiciel de simulation d'électronique de puissance, outil qui va par la suite
être utilisé régulièrement dans l'ensemble des autres T.P. d'électronique de puissance.
–la prise en compte des différences de caractéristiques du redressement monophasé, selon le type
de charge.
I- Logiciel utilisé :
Il existe de nombreux logiciels de simulation en électronique : electronics workbench, pspice,
simplorer etc... Tous ces logiciels ont leur domaine de prédilection, l'électronique petit signal,
l'électronique numérique, l'électronique de puissance. PSIM est spécialisé dans l'électrotechnique et
l'électronique de puissance. C'est à dire qu'il permet de simuler par nature les commande de
moteurs : machines à courant continu, machines synchrones, machines asynchrones, ainsi que les
convertisseurs statiques : alimentation flyback, forward, buck, boost etc... partie commande et partie
puissance.
La version utilisée en T.P. est la version démonstration du logiciel PSIM. Elle n'est en aucun cas
limitée dans le temps, mais uniquement bridée par le nombre de composants que l'on va utiliser
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pour la simulation, ainsi que par le nombre de points qui va être affiché. Le logiciel est
téléchargeable gratuitement en version démonstration à l'adresse suivante
http://www.powersimtech.com.
A- Fonctionnement interne du logiciel :
Le logiciel PSIM est constitué de 2 modules interdépendants :
–PSIM, permet la saisie graphique du système à simuler, c'est ce que l'on appelle l'éditeur de
schémas électriques. Il permet aussi la configuration du simulateur.
–SIMVIEW, gère l'affichage graphique des résultats de simulation calculés par PSIM.
B- Interface :
La description du système à simuler se fait graphiquement sous la forme d'un schéma
électrique. Une barre d'outils en bas de l'écran donne accès à l'ensemble des éléments couramment
utilisés en simulation, dont les principaux sont :
–les sources de tension
continue, alternative, triangulaire, etc...
–les composants passifs
résistance, inductance, condensateur
–les interrupteurs -au sens large du terme-
diode, thyristor, MOSFET, IGBT
–les sondes
tension -V-, courant -A-
–les capteurs
capteur de tension, courant
–les composants constitutifs d'un circuit de commande
proportionnelle, intégrale, sommateur, différenciateur, etc...
–les paramètres de simulation -menu simulate/simulation control-
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C- Précautions d'emploi :
Vous devez impérativement avant d'exécuter une simulation réaliser les points
suivants :
–construire le schéma électrique du circuit de commande (lorsqu'il existe)1,
–définir les valeurs des paramètres des éléments du circuit de commande1,
–établir le schéma électrique du circuit de puissance,
–définir les valeurs des paramètres des éléments du circuit de puissance2,
–placer les sondes de mesures -courant, tension-, afin de pouvoir accéder sous SIMVIEW, aux
résultats de simulation souhaités,
–définir les paramètres de simulation.
On utilisera, sauf indication contraire, comme paramètres de simulation :
–Time Step : 1.10-4 seconde,
–Total Time : 0.1 seconde.
II- Applications :
Pour l'ensemble des montages ci-dessous, vous devez :
–de manière théorique
–représenter l'allure du courant et de la tension dans la charge3,
–calculer l'expression analytique de :
–la valeur moyenne du courant et de la tension dans la charge3,
–la valeur efficace du courant et de la tension dans la charge3,
–avec PSIM sur le même graphique:
–tracer la tension d'entrée, la tension de la charge et la tension aux bornes des différents
éléments -R, L ou C -4,
–tracer le courant d'entrée, le courant dans la charge et le courant dans les différents éléments
-R, L ou C -4,
–donner l'expression calculée par le logiciel de la valeur moyenne de la tension et du courant
dans la charge3 et 4.
A- Redressement mono-alternance :
1- Charge résistive :
~230V
50Hz R
D
R=100Ω
1 N'intervient pas dans ce T.P.
2 Il ne faut en AUCUN cas laisser une valeur nulle pour les valeurs des impédances des résistances, des inductances
et des condensateurs, sous peine de n'avoir aucun résultat de simulation valide, voire même aucune simulation.
3 La charge est représentée par soit une résistance seule, une inductance en série avec une résistance, ou un
condensateur en parallèle avec une résistance.
4 Ces simulations sont à effectuer pour l'ensemble des valeurs qui vous sont proposées.
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2 - Filtrage capacitif :
~230V
50Hz R
D
C
R= 100Ω, 50Ω, 10Ω, 1Ω et C fixé à 100µF
C= 100µF, 50µF, 10µF, 1µF et R fixé à 100Ω
Expliquer les différences obtenues entre les courbes sur charge « capacitive » et sur charge résistive.
3- F iltrage inductif :
~230V
50Hz R
DL
R= 500Ω, 100Ω, 50Ω, 10Ω et L fixé à 100mH
L= 100mH, 50mH, 10mH, 1mH et R fixé à 100Ω
Expliquer les différences obtenues entre les courbes sur charge « inductive » et sur charge résistive.
4 - Conclusion sur le redressement mono-alternance :
Expliquer les graphiques obtenus lorsque l'on fait varier l'impédance de R ou celle du condensateur
ou de l'inductance.
Voyez-vous certaines similitudes entre le redressement mono-alternance sur charge capacitive et sur
charge inductive? Si oui lesquelles?
B - Redressement double-alternance :
1- Charge résistive :
~
230V
50Hz
D
D
D
D
R
R=100Ω
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2 - Filtrage capacitif :
~
230V
50Hz
D
D
D
D
R
C
R= 100Ω, 50Ω, 10Ω, 1Ω et C fixé à 100µF
C= 100µF, 50µF, 10µF, 1µF et R fixé à 100Ω
Expliquer les différences obtenues entre les courbes sur charge « capacitive » et sur charge résistive.
3- F iltrage inductif :
~
230V
50Hz
D
D
D
D
R
L
R= 500Ω, 100Ω, 50Ω, 10Ω et L fixé à 100mH
L= 100mH, 50mH, 10mH, 1mH et R fixé à 100Ω
Expliquer les différences obtenues entre les courbes sur charge « inductive » et sur charge résistive.
4- Conclusion dur le redressement double-alternance :
Expliquer les graphiques obtenus lorsque l'on fait varier l'impédance de R ou celle du condensateur
ou de l'inductance.
Voyez-vous certaines similitudes entre le redressement double-alternance sur charge capacitive et
sur charge inductive? Si oui lesquelles?
Au vu des différents fonctionnements analysés dans ce T.P. énoncez les avantages et inconvénients
des redressements mono et double alternance.
Est-il possible avec les montages ou l'un des montages proposés de fabriquer une tension négative?
Justifiez votre réponse.
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