- Transformateur monophasé industriel : étude du circuit circuit magnétique, essais de caractérisation, schéma équivalent, rendement.
- Fonctionnement du transformateur monophasé alimenté par une source de tension sinusoïdale en régime de courant sinusoïdal puis non sinusoïdal, avec ou sans composante continue.
- Etudes et critères de dimensionnement d\’une bobine de lissage : influence du courant moyen et de la fréquence. Application à un montage d\’électronique de puissance.
- Mesures de puissance en triphasé : régime sinusoïdal et non sinusoïdal de courant. Mise en oeuvre dans chaque cas sur un montage représentatif.
- Redresseurs en ponts mixtes et ponts complet : comparaison des caractéristiques de sortie, des facteurs de puissance et des diagrammes Q(P).
- Gradateur monophasé : stratégies de commande, harmoniques, mesure des puissances, fonctionnement sur diverses charges.
- Alimentation à découpage forward OU flyback : principe, caractéristiques de sortie, rendement.
- Structure en pont complet : fonctionnement en redresseur monophasé à modulation de largeur d\’impulsion, harmoniques sur le réseau.
- Etude d\’un hacheur résonnant à un thyristor de puissance supérieure à 100W : principe, fonctionnement, réglage du transfert d\’énergie.
- Onduleur à résonnance série : application au chauffage par induction, réglage de la puissance.
- Fonctionnement d\’un pont complet monophasé en onduleur à modulation de largeur d\’impulsion : formes d\’onde, harmoniques, réglage de la puissance.
- Identification paramétrique électrique et mécanique d\’une MCC (de quelques kilowatts) en régime dynamique.
- Hacheur réversible en courant associé à une MCC à aimants : analyse des transferts d\’énergie, rendement.
- Fonctionnement réversible d\’un ensemble redresseur-MCC. Passage continu d\’un cadran à un autre.
- Commande en couple d\’une MCC alimentée par un hacheur. Réglage de la boucle de courant.
- Machine synchrone couplée au réseau : caractéristiques et diagrammes de fonctionnement, réversibilité.
- Identification des paramètres électriques et mécaniques d\’une MS non saturée. Prédétermination d\’un point de fonctionnement en moteur. Oscillations.
- MS autopilotée alimentée par un onduleur de tension. Influence du calage angulaire.
- Bilan de puissance d\’une machine asynchrone triphasée à cage. Modes de fonctionnement.
- MAS triphasée à cage alimentée par un onduleur de tension : mise en évidence des caractéristiques à fréquence variable. Autopilotage.
- MAS triphasée à cage : détermination d\’un schéma équivalent et des caractéristiques de fonctionnement.
- MAS triphasée alimentée en monophasé. Démarrage. Caractéristiques. Influence du condensateur. Déclassement.
- Identification des impédances directes et inverses d\’une MAS pour une vitesse donnée. Vérification d\’un point de fonctionnement sous tension déséquilibrée.
Transformateur monophasé industriel : étude du circuit circuit magnétique, essais de caractérisation, schéma équivalent, rendement.
Cycle d\’hysteresis : I image de H, U secondaire image de dB/dt.
Pertes ferromagnétiques (aire du cycle : méthode de pesée.) ou mesure courant au primaire, tension au secondaire (à vide).
Modèle équivalent linéaire (Rf // Lu).
Essai à vide : Rf et Lu.
Essai en CC : rs et ls.
Empiètement : ls (à la commutation les diodes sont passantes en même temps et le courant passe de Ic à -Ic) (pas obligatoire).
Prédétermination du fonctionnement en charge.
Classe A : idem étude GIRARD
Classe B : idem étude GIRARD
Classe AB : pb du dimensionnement de R (résist de base 500 Ohms) et de Re (1Ohm).
Amélioration du classe B par rétroaction
Fonctionnement du transformateur monophasé alimenté par une source de tension sinusoïdale en régime de courant sinusoïdal puis non sinusoïdal, avec ou sans composante continue.
Caractérisation du transformateur :
on mesure n1 et n2 puis n1*iu=n1*i1+n2*i2 (montage sommateur pour obtenir iu) puis avec l\’enroulement secondaire on mesure B (avec un circuit intégrateur).
Ce dispositif permet d\’avoirH et B en charge.
Fonctionnement en régime de courant sinusoïdal
On met une charge résistive simple, et on constate que le cycle magnétique n\’est pas déformé. Les pertes fer sont constantes.
Fonctionnement en régime de courant sinusoïdal déséquilibré.
On utilise un pont de diodes (pont monophasé) sur charge RL.
Le cycle devient dissymétrique. Il faut le replacer dans le repère (le point de repos de la courbe est sur la courbe des max d\’intensité).
Conclusion : plus augmente plus les pertes fer diminuent, moins de pertes par hysteresis si l\’on ne travaille que dans un quadrant. En revanche l2 ne change pas.
Etudes et critères de dimensionnement d\’une bobine de lissage : influence du courant moyen et de la fréquence. Application à un montage d\’électronique de puissance.
Etude de l\’influence du courant moyen sur un montage PD2
Du fait de la saturation du matériau magnétique la bobine possède une inductance dynamique qui diminue à mesure que Io augmente.
On prend un filtre LC, on calcule l\’ondulation de courant dans L en supposant Uc =constante. On peut observer le flux dans L a partir de spires secondaires de L et un intégrateur et le courant il, on observe une pente variable en fonction de Io.
On trouve que l\’entrefer est indispensable sinon saturation rapide ou taille énorme et donc cout énorme !
Etude de l\’influence de la fréquence
Montage hacheur en H -> courant moyen nul. On compare 2 selfs, on vréifie que la tenue en fréquence de l\’inductance en ferrite est bien meilleure.
Détermination d\’un filtre LC (calcul de l\’ondulation de courant dans L en supposant Uc=constante, puis de l\’ondulation de tension dans C en suppposant qu\’il absorbe l\’ondulation de courant) attention vérifier les hypothèses. Remarque, attention au choix de la capa, elle peut avoir un comportement résistif.
Mesures de puissance en triphasé : régime sinusoïdal et non sinusoïdal de courant. Mise en oeuvre dans chaque cas sur un montage représentatif.
Montage avec bobine triphasée et 3 résistances
Méthode des 2 Wattmètres si neutre non relié.
Oscillo (mesure de I, de V, et de phi).
Pince Fluke en triphasé.
Méthode de mesure de P (wattmètre avec circuit tension entre phase et neutre et cournat sur la ligne de mesure de tension), de Q (Wattmètre avec mesure de tension entre phase 1 et 3 et mesure de courant sur la ligne 2).
Charge déséquilibrées sinusoïdales
Montage avec bobine triphasée et 3 résistances dont une est non équilibrée
Méthode des trois Wattmètres (toujours valable).
3 fois la pince Fluke en monophasé.
Méthode des 2 Wattmètres. (valable si neutre non relié)
Charge déséquilibrées non sinusoïdales
Redresseurs en ponts mixtes et ponts complet : comparaison des caractéristiques de sortie, des facteurs de puissance et des diagrammes Q(P).
Pont complet : superposition de 2 ponts à Thyristors commandés avec le même angle.
=3Vsqrt(6)/Pi*cos(psi). (réversible en tension)Pont mixte : superposition d\’un pont à thyristors et d\’un pont à diodes.
=3Vsqrt(6)/2Pi*(1+cos(psi))=3Vsqrt(6)/Pi*cos(psi/2)². (non réversible en tension)
Attention si psi>60°, on a une phase de roue libre
Puissance P,Q. Facteur de puissance.
Pont complet : On prend une charge à Ic constant. k=P/S=3*cos(psi)/Pi. On trace :
k(psi) : cosinus
Q(P) : cercle de centre 0.
k(vc) : droite.Pont mixte : P=3VIc*sqrt(6)/Pi*cos²(psi/2).
Q=3VIc*sqrt(6)/Pi*cos(psi/2)*sin(psi/2).
Q(P) : cercle de centre (1/2,0).Facteur de puissance : si psi<60°, k=3/Pi*cos²(psi/2)
si psi >60°, k=1/Pi*cos²(psi/2)*sqrt(6/(1/psi/Pi))
Utilisation d\’une charge active
Gradateur monophasé : stratégies de commande, harmoniques, mesure des puissances, fonctionnement sur diverses charges.
Formes d\’onde.
Caractéristiques coté récepteur. (retrouver les courbes théoriques).
Trois modes de fonctionnement :
Psi < pi/2 concuction continue si l\’impulsion est toujours présente au passage du courant par 0.
Psi= pi/2 conduction continue.
Psi> pi/2 fonctionnement normal.Permet de faire varier la puissance réactive (statocompensateur)
Formes d\’onde.
Trois modes de fonctionnement (idem charge L avec Phi au lieu de Pi/2).
Alimentation à découpage forward OU flyback : principe, caractéristiques de sortie, rendement.
Phase 1 :T fermé, le flux augmente linéairement. ni1+ni2=R*phi, i1=il+R*Ve*t/n².Phase 2 :On ouvre Tp, l\’enroulement de démagnétisation permet la démagnétisation. Durant cette phase le courant dans L décroit, (si R faible oscillations dans RLC, et passage à zéro du courant ->conduction discontinue, sinon conduction continue.
On relève Vs=f(Is) à alpha = cte. (on retrouve les courbes théoriques du hecheur série), attention limitation en courant due à la maquette.
On suppose Vs=cte -> ondulation de courant dans L, on considère cette ondulation absorbée par C -> ondulation de tension aux bornes de C.
Fonction de transfert dynamique
On établit la fonction de transfert du hacheur série (modèle aux valeurs moyennes). On vérifie que le comportement correspond bien à ce qui a été calculé (essai indiciel et fréquentiel).
Structure en pont complet : fonctionnement en redresseur monophasé à modulation de largeur d\’impulsion, harmoniques sur le réseau.
On met en forme la tension réseau de manière à s\’en servir comme référence pour asservir le courant autour de cette tension.
On réalise une boucle de courant (pour asservir le courant autour de icons.
On compare la tension de sortie avec la consigne de tension en sortie afin de déterminer Icons (consigne de courant), on ajoute un correcteur PI qui conpense le premier pole
Dimensionnement de l\’inductance et de la capacité
On à une inductane en entrée de montage, et une capc en parrallèle sur la charge.
On calcule l\’ondulation en considérant vr=ce et Vc=+ou- Vco.
De plus L*w*Ifond < Vr.2 conditions -> dimensionnement de l\’inductance.
On considère que la capa absorbe toute l\’ondulation de courant -> on se donne une ondulation de tension -> valeur de la capa.
Visualisation des formes d\’ondes
Visualisation des harmoniques sur le réseau
Etude d\’un hacheur résonnant à un thyristor de puissance supérieure à 100W : principe, fonctionnement, réglage du transfert d\’énergie.
Principe et fonctionnement d\’un hacheur quasi-résonnant.
Principe : on substitue à l\’interrupteur commandé un interrupteur résonnant.
Formes d\’ondes (Théoriques (Détailler les 4 phases de fonctionnement). et expérimentales)
Observation des commutations douces. (mise en évidence à l\’aide de relevé à l\’oscillo.
Valeur moyenne de la tension de sortie du montage. La relation n\’est pas linéaire en alpha.
Pmoy=*Ic.
Choix de lamba et C (induct et capa de l\’inter résonnant).
i(lambda)< Ith max -> lambda<…
t3(phase 3) >ti (tps de recouvrement inverse du thyristor) -> C>…Limitation Fh (due au fait que la capa doit se décharger).
Hacheur à thyristor de synthèse
Il est réalisé à partir d\’un MOS. Un détecteur de courant et d\’un géné d\’impulsion rentrent dans une porte OU qui commande le MOS. (on a une doc complète de la maquette). Ce thyristor de synthèse à des commutations douces.
Comparaison entre thyristor réel et de synthèse dans le plan (v/i).
Onduleur à résonnance série : application au chauffage par induction, réglage de la puissance.
Principe (Schéma R ramenée : pertes fer dues aux courants de Foucault dans la casserole).
Formes d\’ondes (pour différentes fréquences).
Imperfections des interrupteurs
Les interrupteurs sont de type transist // diode -> Quand transist conduit Vrlc=E-2Rdson*i-2Vd
Quand les diodes conduisent ->Vrlc=E+2*Vd
Finalement écart de4Vd+2*Rd*i=4Vd (i=0 à la commutation).
Courbes Vr=f(I) pour différentes valeurs de la fréquence.
On règle la puissance en agissant sur la fréquence de commande.
La résistance de la casserole se somme à celle des enroulement mais en plus elle dépend de la fréquence en sqrt(f)
Fonctionnement d\’un pont complet monophasé en onduleur à modulation de largeur d\’impulsion : formes d\’onde, harmoniques, réglage de la puissance.
Commande décalée.
MLI calculée (pas faite dans le montage).
MLI intersective (m=fp/fmod).
MLI intersective unipolaire. (Comparer les spectres avec la bipolaire)
Faire un analyse spectrale à chaque manip.
Role de la charge RL : filtre passe-bas
Influence de la profondeur de modulation r =ampl modulante/ ampl porteuse. Si r>1, de la distorsion apparait dans le spectre.
Influence de m : m élevé repousse les harmoniques et permet donc de les filtrer mieux par le circuit RL .Bilan de puissance.
Le rendement décroit avec la fréquence (pertes par commutaions).
On peut controler la puissance en modifiant la profondeur de modulation pour r<1.
Identification paramétrique électrique et mécanique d\’une MCC (de quelques kilowatts) en régime dynamique.
On travaillera avec une MCC à aimants permanents (utilisées en robotique en régime dynamique). On peut utiliser 3 méthodes pour choisir le modèle, le modèle de connaissances, le modèle boite grise et le modèle boite noire.
U=E+RI+Ldi/dt
J*d(omega)/dt=C-Cr-f(omega)
C=K*I et E=K*omega
Pas de RMI car pas de saturation grace à l\’entrefer du aux aimants permanents.Mesure de R : essai volt-ampèremétrique à I nominal (en mettant une autre MCC en opposition).
Mesure de K, on entraine la MCC et on regarde la tension à vide à une vitesse donnée.
Mesure de f et Co : on fait des essais avec une résistance sur la MCC de charge -> courbe omega=g(I), C=Co+f*omega=KI.
Mesure de L : on fait un essai avec une fréquence de hachage élevée.
Mesure de J : On fait un essai de lacher sans charge ou alors on fait un essai d\’échelon sur I (attention a prendre l\’alim Metrix pour crt cstant) : J*d(omega)/dt=KImax-Co.
Asservissement par boucle de courant
On corrige le pole le plus faible à) l\’aide d\’un correcteur PI placé sur la boucle de commande du hacheur -> commande en couple.
Hacheur réversible en courant associé à une MCC à aimants : analyse des transferts d\’énergie, rendement.
- On prendra un hacheur réversible en courant non réversible en tension (type un bras avec des diodes en anti-// ).
- On prendra una charge active constituée par une MCC à courant constant (asservie grace au module d\’asservissement tout fait.
Bilan de puissance et rendement
Faire l\’arbre des pertes : il est bouclé la MCC2 fourni au réseau si MCC1 est en moteur.
Calculer les pertes de la chaine.
Pertes hacheur.
Pertes Joule.
Pertes mécaniques.
Pertes fer.
Rendement=C*omega/(Palim).
Annexe : Fonctionnement des interrupteurs dans les différents modes de fonctionnement
Si i reste négative ou positive : morceaux d\’exponantielles.
Si change de signe, discontinuités dues aux tensions de seuils.Courbe omega=f(I) à rapport cyclique constant.
Courbe omega=g(I) à couple constant.
Fonctionnement réversible d\’un ensemble redresseur-MCC. Passage continu d\’un cadran à un autre.
- Rappels sur la réversibilité, règle des 4 facteurs (quadran de fonctionnement, I, Ie, omega). Ici, on utilisera la réversibilité en tension seulement (pont à thyristor et MCC à aimants permanents).
- On chargera la machine par une MCC de charge à courant et donc couple constant. On utilisera pour cela le module d\’asservissement du courant (ou on fera une boucle de courant).
=f(psi) : cosinus
omega=f(psi) : cosinus ou presque (E=k*phi*omega=-Ri.=f(I1) : on a des droites de pente très faible.
Ce=f(omega) : KI=Ce=Cu+Co+f*omega : Co a un signe dépendant du sens de rotation.Diagramme P(Q).On fait varier psi :
Psi < 90° : fonctionnement moteur : P=Palim = Cu+Co
Psi > 90° : fonctionnement moteur : P=Palim = Cu-Co (cercle de rayon plus faible).
Psi environ 90° : fonctionnement effet Joule.
Commande en couple d\’une MCC alimentée par un hacheur. Réglage de la boucle de courant.
- L\’identification de la MCC va être faite de 2 manières dans ce montage. On utilisera un modèle de connaissance, puis un modèle boite noire.
- Attention à prendre 2 acheurs ayant les même réversibilités (sinon inutile).
- donner les limitations de l\’espace de travail dans le plan C-omega (limites physiques).
Identification des paramêtres du modèle de connaissance.
U=E+RI+Ldi/dt
J*d(omega)/dt=C-Cr-f(omega)
C=K*I et E=K*omega
Pas de RMI car pas de saturation grace à l\’entrefer du aux aimants permanents.Mesure de R : essai volt-ampèremétrique à I nominal (en mettant une autre MCC en opposition).
Mesure de K, on entraine la MCC et on regarde la tension à vide à une vitesse donnée.
Mesure de f et Co : on fait des essais avec une résistance sur la MCC de charge -> courbe omega=g(I), C=Co+f*omega=KI.
Mesure de L : on fait un essai avec une fréquence de hachage élevée.
Mesure de J : On fait un essai de lacher sans charge ou alors on fait un essai d\’échelon sur I (attention a prendre l\’alim Metrix pour crt cstant) : J*d(omega)/dt=KImax-Co.
On fait un essai harmonique, et on obtient le diagramme de Bode
Asservissement par boucle de courant
On corrige le pole le plus faible à l\’aide d\’un correcteur PI placé sur la boucle de commande du hacheur -> commande en couple.
Application : le simulateur de couple.
On impose le rapport cyclique et on fait varier le couple demandé par la MCC 2 -> variation de vitesse autour d\’une vitesse à C=0.
Machine synchrone couplée au réseau : caractéristiques et diagrammes de fonctionnement, réversibilité.
il faut égaliser les paramètres de la MS et ceux du réseau : fréquence statoriques, phase, valeur efficace des tensoins et ordre de successoin des phases.
Pour entrainer, on utilise une MCC avec un rhéostat de démarrage.
On couple à l\’aide d\’un interrupteur à lampes.
Fonctionnement de la MS couplée
MS en génératrice
Si on veut fournir de la puisance active au réseau, on diminue l\’excitation de la MCC (K augmente donc C augmente). Si on veut fournir de la puissance réative au réseau on augmente l\’excitation de la MS.MS en moteur
La puissance synchronisante explique le fonctionnement du moteur synchrone, si la vitesse tend à augmenter, K diminue (MCC), et donc C diminue, vitesse diminue -> régulation.
Le moteur synchrone permet de régler le facteur de puissance par action sur l\’excitation.
Caractéristiques Ims=f(IexcMS) à tension et puissance utile constante.
Limites de fonctionnement de la MS dans le plan PQ.
Identification des paramètres électriques et mécaniques d\’une MS non saturée. Prédétermination d\’un point de fonctionnement en moteur. Oscillations.
On utilise le modèle E+jLwI+RI=V en vectoriel
On détermine k pour E=KIe par un