TP 16 - lejeune

LYCEE LOUIS DE CORMONTAIGNE.
12 Place Cormontaigne – BP 70624.
57010 METZ Cedex 1
Tél.:
03 87 31 85 31
Fax : 03 87 31 85 36
Sciences Appliquées.
Savoir-faire expérimentaux.
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Référentiel :
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5 Sciences Appliquées.
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G – Convertisseur alternatif/alternatif
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TP Sciences Physique N°16 : Gradateur monophasé sur
charge RL, gradateur triphasé
Support Matériel :
Thème BTS 2004 Banc d’étude des
perturbations des réseaux BTA
Matériel spécifique : Analyseur de réseau Ca 8334,
pince F27
Objectifs :
Analyser le fonctionnement d’un gradateur monophasé sur
charge RL. Etudier la commande d’un moteur asynchrone par
un gradateur triphasé.
Gradateur sur charge RL, commande d’un moteur asynchrone
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Savoir-faire expérimentaux.
GRADATEUR SUR CHARGE RL
COMMANDE D’UN MOTEUR
ASYNCHRONE PAR UN GRADATEUR
TRIPHASE
INTRODUCTION
Pour limiter les courants de pointe au démarrage d’un moteur asynchrone on
utilise des démarreurs statoriques constitués de gradateur triphasé. Le moteur
asynchrone est modélisé par un circuit de type inductif. Il est donc nécessaire, dans
un premier temps, d’étudier le comportement d’un gradateur monophasé débitant
sur une charge RL et d’analyser le fonctionnement d’un gradateur triphasé 3 fils.
PREPARATION
1 – Fonctionnement d’un gradateur sur charge RL
vTh(t)
Th1
i (t)
Th2
v(t)
u(t)
R rhéostat 50 ohms 5A
R
230 V, 50 Hz
L
L self de lissage 0.1H 15 A
Calculer l’argument de l’impédance RL. On note φ cet argument.
Le gradateur monophasé est constitué de deux thyristors tête-bêche.
Th1 et Th2 sont commandés en alternance à la pulsation ω. Th1 est commandé
pendant l’alternance positive de v(t) et Th2 pendant l’alternance négative.
L’angle ψ définit l’angle de mise en conduction de Th1 par rapport à ωt = 0 et de
Th2 par rapport à ωt = π.
Chaque thyristor est commandé par une seule impulsion de gâchette Vgk par
période.
On distingue 2 cas de fonctionnement en fonction de ψ : φ < ψ < π et ψ < φ
A partir de la documentation disponible au CDI ( Dalmasso, Séguier….) expliquer
ces deux cas de fonctionnement.
Pour un fonctionnement « en gradateur » quelle est la plage de réglage du retard à
l’amorçage ?
Gradateur sur charge RL, commande d’un moteur asynchrone
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Savoir-faire expérimentaux.
On admet que l’intervalle de conduction de Th1 est : ψ ≤ θ ≤ π + ϕ .
Pour un retard ψ = 120° donner la forme de v(t), u(t) et i(t) sur 2 périodes du
réseau. Préciser les conductions des thyristors.
Montrer que la valeur efficace de la tension u(t) s’exprime par :
π + ϕ − ψ sin 2ψ sin 2(π + ϕ )
U =V
+
−
π
2π
2π
En déduire l’expression de la valeur efficace I du courant i(t)
Tracer, en utilisant Excel, les courbes d’évolution de U(ψ) et I(ψ)
2 – Gradateur triphasé 3 fils sur charge purement résistante
Ta
i1(t)
T'a
u12
Tb
u31
i2(t)
R
uab(t)
T''b
va(t)
R
N'
R 500W 230 V
v1(t)
Tc uca(t)
u23
i3(t)
v2(t)
T'c
v3(t)
vb(t)
ubc(t)
R
vc(t)
N
Dans ce type de montage il y a 3 modes de fonctionnement suivant le retard à
l’amorçage.
Sur une période du réseau et pour un réglage de ψ soit : 3 thyristors conduisent ou
2 thyristors conduisent ou aucun thyristor conduit
Donner l’expression de va(t) dans les cas suivants de conduction des thyristors:
• Ta, T’b et T’c
• Ta et T’b
• Tb et T’c
• aucun thyristor conduit
3 – Gradateur triphasé 3 fils sur charge RL, commande d’un moteur
asynchrone
Du fait des inductances l’étude est complexe, mais on retrouve les 3 cas de figure
précédent.
On retrouvera donc aux bornes d’un moteur asynchrone ces types de
fonctionnement.
Gradateur sur charge RL, commande d’un moteur asynchrone
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Savoir-faire expérimentaux.
Expliquer qualitativement pourquoi et, pour quel type de charge, il est nécessaire
de démarrer un moteur asynchrone sous tension variable.
MANIPULATION
Dans toute la manipulation on utilisera un oscilloscope avec des sondes
différentielles intégrées ou extérieures.
La pince F27 sera utilisée pour mesurer U et I côté charge.
L’analyseur de réseau sera configuré pour faire le bilan énergétique côté source
triphasée.
Sur la maquette d’étude on utilisera uniquement les gradateurs et la commande
symétrique.
1 – Fonctionnement d’un gradateur sur charge RL : 50 Ω 5A, 0.1H 15A
Pour un retard à l’amorçage de 120° relever u(t) et i(t). Comparer aux courbes
théoriques de la préparation. S’il y a une différence, quelle est l’hypothèse qui
n’est pas vérifiée ?
Relever U(ψ) et I(ψ), comparer aux courbes théoriques.
2 – Gradateur triphasé 3 fils sur charge purement résistante
On utilise comme charge les radiateurs de la maquette. Le point commun des
charges n’est pas relié au neutre.
Pour 2 retards à l’amorçage relever v1(t) et va(t) indiquer sur les oscillogrammes
le nombre de thyristors qui conduisent sur les différents intervalles.
Mesurer, pour ces 2 cas, coté charge U, I et côté réseau P, Q, fp, DPF, THDi.
Commenter.
3 – Gradateur triphasé 3 fils, commande d’un moteur asynchrone
On utilise comme charge un moteur asynchrone 1.5 Kw, couplé en étoile,
entraînant une inertie.
Pourquoi, au démarrage, le retard à l’amorçage doit être de π ? Quelle est la
position du potentiomètre au démarrage ?
Donner les caractéristiques du moteur et de l’inertie utilisés.
Démarrer le moteur, régler U de l’ordre de 200V, relever va(t) et i(t) indiquer les
modes de conduction des thyristors. Mesurer la vitesse de rotation.
Faire varier la tension U, attendre que la vitesse soit stable et relever pour chaque
point de fonctionnement : côté moteur N tr/mn, U, I, et côté réseau P, Q, fp, DPF
et THDi .
Tracer et commenter N(U) et I(N).
Faire une analyse énergétique du fonctionnement avec gradateur de la charge
moteur inertie.
Gradateur sur charge RL, commande d’un moteur asynchrone
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