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7/24/2019 TP Electronique de Puissance
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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
Ministre de lEnseignement Suprieur et de la Recherche Scientifique
Universit de Kasdi Merbah Ouargla
Facult des Nouvelles Technologies del'Information et de la Communication
Dpartement de l'lectronique et des communications
LMD 2me
Anne Instrumentation Ptrolire
TRAVAUX PRATIQUES
DELECTRONIQUE DE PUISSANCE
M. Bouzidi et KH .Chaibainou
7/24/2019 TP Electronique de Puissance
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Table des matires
Recommandations relatives la rdaction des
comptes rendus ...................................................................................... 1
TP01 : Redresseur monophas non contrl ( diode) ........................ 3
TP02 : Redresseur monophas command ( thyristor) ..................... 8
TP03 : Les hacheurs (hacheur srie) .................................................. 10
TP04 : Onduleur de tension ................................................................ 14
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Recommandations relatives la rdaction des
comptes rendus
Travail de prparationLes travaux pratiques dlectrotechnique doivent tre considrs avec srieux et attention. Dans ce but
le travail de prparation, avant la sance de TP, est essentiel. Il permet de se prparer, avant les
manipulations, afin de garantir un bon droulement des activits prvues, permet de rcolter et
dutiliser les informations pour ne pas tre handicap lorsqu'il faut interprter un rsultat. Chaque
tudiant devra donc imprativement prendre connaissance du complment thorique et du documentconcernant le TP raliser, puis utiliser la documentation disponible (cours dlectrotechnique,
ouvrage spcialiss, sites internet, etc) afin de rpondre aux questions de prparation. Un document
comportant les rponses aux questions proposes pour le TP considr, les tableaux de mesures
ncessaires aux diffrents relevs, devra tre obligatoirement montr par les membres du binme en
dbut de sance lenseignant (qui lemmargera), ce dernier sera pris en compte dans lvaluationfinale du TP.
Compte-Rendu
Il sera remis au dbut de la sance suivante, lenseignant ayant encadr le TP.
Aucun retard ne sera tolr, tout retard non justifi entranera une pnalit sur la note ducompte-rendu.
Le compte-rendu sera rdig sur feuilles A4 et sera restreint 4 - 10 pages, les graphiques tantinclus.
Le compte-rendu comportera imprativement les rubriques suivantes :
une page de garde : sur laquelle sera mentionn :
- le titre de la manipulation,
- la date de la sance du TP,- la section dappartenance et le numro du binme (ou du trinme),
- le nom et prnom du rdacteur principal,- les noms et prnoms des participants au TP.
une introductionElle doit tre personnelle et prsenter brivement de manire claire tous les objectifs du TP ainsi que lecontexte exprimental, sans recopier le fascicule.
un document de prparation
Il devra comporter toutes les rponses aux questions proposes pour le TP considr, ainsi que les
tableaux de mesures relatifs aux diffrentes manipulations. Les rponses devront tre brves et tendant
lessentiel. Il est inutile de recopier intgralement la partie thorique fournie dans le fascicule.
ManipulationPour chaque manipulation, il sera ncessaire de rappeler les schmas de montage, les dmarches et
mthodologies suivies, les hypothses, ainsi que les principales quations utilises dans le cadre du TP.
1
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Rsultats et exploitationLes rsultats seront prsents dans des tableaux, les procdures de calcul utilises pour vos applicationsnumriques devront tre prsentes brivement. Les rsultats obtenus seront discuts clairement, en
essayant de rechercher leur sens physique et de voir si les valeurs mesures ou calcules sont
cohrentes. Un rsultat inattendu nest pas forcment un mauvais rsultat, surtout sil est reproductible.Les commentaires doivent tre scientifiquement pertinents. Lorsque lon compare un rsultat de mesure un rsultat de calcul, la diffrence ne sappelle pas une erreur mais un cart. Une estimation des
erreurs de mesures sera systmatiquement accomplie et leurs consquences sur les grandeurs calculesdiscutes.
Les graphes et courbes caractristiquesIls seront traits par un tableur ou un logiciel adquat pour les tracer (Excel ou autres), ou sur feuille depapier millimtr. Ne pas oublier de prciser les noms et les units des grandeurs reprsentes sur les
axes et les chelles. Lorsque plusieurs courbes sont traces sur une mme figure, donner une lgendeclaire pour chacune delles (par des couleurs par exemple). Sous chaque figure, indiquer explicitement
sa lgende complte ainsi que son numro par ordre dapparition dans le compte-rendu.
Conclusion gnraleIl sagit de discuter les objectifs pralablement fixs, ont-ils t atteints ou pas, et commenter la qualit
ces rsultats. Elle devra comporter une conclusion par manipulation et une rcapitule lensemble des
rsultats obtenus.
2
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TP01 :Redresseur monophas non contrl ( diode) Universit de Kasdi Merbah. Ouargla 2013/2014
2me Anne: Instrumentation ptrolire 4
Voici quelques lments parmi les plus frquemment employ :
Sources de tension, triangulaire, sinusodale et continue :
Elment passifs, inductance, condensateur et rsistance.
Interrupteur, IGBT, diode, thyristor.
Elment propres au circuit de commande, comparateur, additionneur- soustracteur, intgrateur,monostable, lments logiques,...
Capteurs pour l'interfaage du circuit de puissance vers le circuit de commande
Sondes de tension et de courant pour rendre les rsultats de simulation accessibles dans le logicield'affichage SIMVIEW
Paramtres de simulation, pas de calcul et longueur de la simulation
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TP01 :Redresseur monophas non contrl ( diode) Universit de Kasdi Merbah. Ouargla 2013/2014
2me Anne: Instrumentation ptrolire 5
I. But du TP: Le but de ce TP est de :1- L'apprentissage d'un logiciel de simulation d'lectronique de puissance, outil qui va par la
suite tre utilis rgulirement dans l'ensemble des autres T.P. d'lectronique de puissance.
2- La prise en compte des diffrences de caractristiques du redressement monophas, selon
le type de charge.
II. Prcautions d'emploi :
Vous devez imprativement avant d'excuter une simulation raliser les points suivants :
Construire le schma lectrique du circuit de commande (lorsqu'il existe),
Dfinir les valeurs des paramtres des lments du circuit de commande, Etablir le schma lectrique du circuit de puissance,
Dfinir les valeurs des paramtres des lments du circuit de puissance, Placer les sondes de mesures -courant, tension-, afin de pouvoir accder sous SIMVIEW, aux
rsultats de simulation souhaits,
Dfinir les paramtres de simulation.
On utilisera, sauf indication contraire, comme paramtres de simulation :
Time Step: 1.10-4
seconde.
Total Time: 0.1 seconde.
III. Applications :Pour l'ensemble des montages ci-dessous, vous devez :
De manire thorique :
Reprsenter l'allure du courant et de la tension dans la charge,Calculer l'expression analytique de :
La valeur moyenne du courant et de la tension dans la charge,
La valeur efficace du courant et de la tension dans la charge,
Avec PSIM sur le mme graphique:
Tracer la tension d'entre et la tension de la charge.
Tracer le courant d'entre, le courant dans la charge.
Donner l'expression calcule par le logiciel de la valeur moyenne de la tension et ducourant dans la charge.
A- Redressement mono-alternance :
1- Charge rsistive :
R=100, 50, 10.
eV
cI
A
DV
V V
cV
R
220
50
V
Hz
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TP01 :Redresseur monophas non contrl ( diode) Universit de Kasdi Merbah. Ouargla 2013/2014
2me Anne: Instrumentation ptrolire 6
2- Charge capacitif :
e
cI
RC
DV
cV
C= 1F, 10F, 50F, 100F, et R fix 100
3- Filtrage inductif :
L= 1mH, 10mH, 50mH, 100mH, et R fix 100
4- Conclusion sur le redressement mono-alternance :
Expliquer les graphiques obtenus lorsque l'on fait varier l'impdance de R ou celle du condensateur ou del'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 rsistive :
eV
cI
DV
cV
R220
50
V
Hz
DV
cI
Rc
V
eV
1D 2D
3D
4D
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TP01 :Redresseur monophas non contrl ( diode) Universit de Kasdi Merbah. Ouargla 2013/2014
2me Anne: Instrumentation ptrolire 7
R=100, 50, 10.
2 - Filtrage capacitif :
C= 1F, 10F, 50F, 100F, et R fix 100
3-Filtrage inductif :
L= 1mH, 10mH, 50mH, 100mH, et R fix 100
4- Conclusion dur le redressement double-alternance :
Expliquer les graphiques obtenus lorsque l'on fait varier l'impdance 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 diffrents fonctionnements analyss dans ce T.P. noncez les avantages et inconvnients
des redressements mono et double alternance.
Est-il possible avec les montages ou l'un des montages proposs de fabriquer une tension ngative?
Justifiez votre rponse.
DV
cI
Rc
V
eV
1D 2D
3D
4D
DV
cI
Rc
V
eV
L
1D
2D
4D3D
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Universit Kasdi Merbah Ouargla 2013/2014
2me
anne Instrumentation ptrolire
TP Electronique de puissance TP : 02
M. BOUZIDI. / KH .CHAIBAINOU Redresseur monophas command ( thyristor)
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I. But du TP:
Le but de ce TP est de dterminer les performances d'un redresseur monophas simple et doublealternance thyristorcommand avec une charge rsistive et inductive.
II. Partie ThoriquePour l'ensemble des montages ci-dessous, vous devez :
- Reprsenter l'allure du courant et de la tension dans la charge, la tension inverse au borne du
thyristor.
-
Calculer l'expression analytique de :
-
La valeur moyenne du courant et de la tension dans la charge,
La valeur efficace du courant et de la tension dans la charge,
III. Partie pratique
III.1. Redressement command mono-alternance :
1- Charge rsistive :
Effectuer le montage lectrique reprsent sur le schma de la figure (1).
Rguler les paramtres de simulation comme suite :
Time Step: 1.10-4
seconde. Total Time: 0.1 seconde.
On donne : Vm=220V,f = 50Hz, avec: ( sin( ), 2s mV V t f ), R=100
-
Tracer la forme donde de la tension de la source Vs, la tension redresse Vc, la tension inverse
au borne du thyristor VTh, et le courantIcpour 0, 30, et 60 , (est langle damorage du
thyristor).
- Distinguer les diffrents modes de conductions dans la charge (continue et discontinue).
- Tracer la variation de la valeur moyenne et la valeur efficace de la tension aux bornes de la
charge (Vc) en fonction de langle damorage
(degr) 0 30 60 90 110 150 180Vcmoy
Vceff
sV
cI
ThV
cVR
Figure (1)
sV
cI
ThV
cVR
Figure (2)
L
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TP01 :Redresseur monophas non contrl ( diode) Universit de Kasdi Merbah, Ouargla 2013/2014
2me Anne: Instrumentation ptrolire 9
2- Charge inductive :
Effectuer le montage lectrique reprsent sur le schma de la figure (2), avec : L =1H.
- Refaire le mme travail pour charge rsistive.
III.2. Redressement double-alternance thyristor :
1. Charge rsistive :
Effectuer le montage lectrique reprsent sur le schma de la figure (1) (utiliser les mmes paramtres
prcdents).
- Tracer la forme donde de la tension de la source Vs, la tension redresse Vc, la tension inverse
au borne du thyristor VTh, et le courantIcpour 60, 90, et 120 , (est langle damorage
du thyristor).
-
Distinguer les diffrents modes de conductions dans la charge (continue et discontinue).- Tracer la variation de la valeur moyenne et la valeur efficace de la tension aux bornes de la
charge (Vc) en fonction de langle damorage
(degr) 0 30 60 90 110 150 180
Vcmoy
Vceff
2. Charge inductive :
Effectuer le montage lectrique reprsent sur le schma de la figure (4), avec : L =1H.
Refaire le mme travail pour charge rsistive.-
Si langle >90, Que remarquez-vous? Que pouvons-nous appeler ce convertisseur dans ce
cas ?
Justifiez votre rponse.
En fin donner une conclusion gnrale.
cI
1Th
1ThV
R cV
sV
Figure (4)
2Th
4Th
3Th
L
cI
1Th
1ThV
R cV
sV
Figure (3)
2Th
4Th
3Th
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Universit Kasdi Merbah Ouargla 2013/2014
2me
anne Instrumentation ptrolire
TP Electronique de puissance TP03 :M. BOUZIDI. / KH .CHAIBAINOU Les hacheurs (hacheur srie)
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But du TP:Le but de ce TP est de dterminer les performances d'un hacheur srie avec une charge rsistive et
inductive.
I. Partie thoriqueDfinition : Lhacheur est un dispositif permettant dobtenir une tension continue de valeur moyenne
rglable partir dune source de tension continue fixe (batterie daccumulateurs ou bien pont redresseur -
aliment par le rseau de distribution).
Un hacheur peut tre ralis laide des interrupteurs
lectroniques commandables la fermeture et louverture
telle que les transistors bipolaires ou IGBT ou les thyristors
GTO.
Exemple dapplication : le hacheur permet de faire varier et de rgler la vitesse des moteurs courantcontinu.
Principe de fonctionnement : Le principe du hacheur consiste tablir puis interrompre priodiquement
la liaison source- charge laide dun interrupteur lectronique.
Le rapport cyclique: Le rapport cyclique est dfini comme le tempstFpendant lequel linterrupteur est
ferm divis par la priode de fonctionnement du montage T, ( Ft
T ).
La valeur de rapport cyclique : 0 1 .
Le hacheur srie (buck):
Dbit sur une charge rsistive :Soit le montage suivant :
H : Interrupteur unidirectionnel parfait
Analyse de fonctionnement
0 : H est ferm
0H
s
s
e s
t T
V
V U
Ui
Ri i
: H est ouvert
0
0
0
H
s
s
e s
T t T
V U
V
i
i i
Valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge :
U sV
HV
siei
Figure (1)
H
H
ferm
H
ouvert
H
ferm
H
ouvert
t
sV
U
0 T T T T 2T
0 T T T T 2T t
si
U
R
0 T T T T 2T t
HV
U
0 T T T T 2T t
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TP03 : Les hacheurs (hacheur srie) Universit de Kasdi Merbah. Ouargla 2013/2014
2me Anne: Instrumentation ptrolire 11
0 0
1 1 1( ) 0
T T T
s s
T
V V t dt Udt dt T T T
sV U
La valeur moyenne de la tensionsV peut tre ajuste en jouant sur la valeur du
rapport cyclique . Quand on fait varier de
0 1, sV varie linairement de 0 U.
Valeur moyenne du courant :
ss
V Ui
R R
Dbit sur une charge active R, L, E :
Analyse du fonctionnement :
0 : H est ferm
0
0
H
s
e s
d
t T
VV U
i i
i
Lintensit du courant dans la charge vrifier
lquation suivante :
..........(1)ss
diU E Ri L
dt
: H est ouvertT t T Le courant impos par la bobine pourra passer
par la diode de roue libre. Donc la diode assure
la continuit du courant dans la charge.
0
0
H
s
e
d s
V U
V
i
i i
Lintensit du courant dans la charge vrifier
lquation suivante :
sV
0 1
U
( )s
V f
U
sV
HV
siei
H
L
R
E
di
H
ferm
H
ouvert
H
ferm
H
ouvert
t
sV
U
0 T T T T 2T
0 T T T T 2T t
si
0 T T T T 2T t
HV
U
0 T T T T 2T t
ei
0 T T T T 2T t
maxsI
minsI
maxsI
minsI
di
0 T T T T 2T t
maxsI
minsI
H
t0 T T T T 2T
D H D
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TP03 : Les hacheurs (hacheur srie) Universit de Kasdi Merbah. Ouargla 2013/2014
2me Anne: Instrumentation ptrolire 12
0 ..........(2)ss
diE Ri L
dt
En gnral les rsistances de linduit et linductance sont trs faibles,donc on suppose que la chute de
tensionRisest nulle.
Lquation (1) devient :s
di
U E L dt
donc le courant est donn par lquation suivante :
min( )s sU E
i t t iL
Lquation (1) devient : 0 s
diE L
dt
donc le courant est donn par lquation suivante :
max( )s sE
i t t T iL
La valeur moyenne de la tension est donne par :
sV U
La valeur moyenne du courant est donne par :
max min
2
s s
s
i iU EI
R
Ondulation du courant dans la charge :
max min
1s s s
T Ui i i
L
Londulations
i est maximale pourmax
0 0.54
ss
d i UTi
dt L
II. Partie simulation
1- Avec charge rsistive
Raliser le schma de la figure suivante :
Effectuer les rglages suivants:
- Gnrateur d'entre: U=48 V.
- Rsistance:R=100.
- Synchro:f=1 kHz et =0.5.
- Step time =10s, Total time=0.06s.
1-
Tracer le signal de commande et les formes dondedes tensions Vs, VH, et le courant de sortie is dans
lintervalle de 0.05s 0.06s.
2- Calculer la valeur moyenne de la tension Vs et le
courant is.
3- Remplir le tableau suivant et tracer la caractristique
Vs=f().
4- Comparer ces rsultats avec les valeurs thoriques.
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TP03 : Les hacheurs (hacheur srie) Universit de Kasdi Merbah. Ouargla 2013/2014
2me Anne: Instrumentation ptrolire 13
0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1
sV
2- Avec charge active R, L, E
Raliser le schma de la figure suivante et Effectuer les rglages suivants:-
Gnrateur d'entre: U=48 V.
- Gnrateur de sortie:E=4.8 V.
- Rsistance:R=0.5.
- Inductance :L=0.001H.
- Step time =10s, Total time=0.06s.
1-
Tracer le signal de commande et les formes donde des tensions Vs, VH, et des courants is,ieet iddans
lintervalle de 0.05s 0.06s.
2- Calculer la valeur moyenne de la tension Vset le courant is.
3-
Calculer londulation du courants
i en utilisant la relationmax mins s
i i .
4- Remplir le tableau suivant et tracer la caractristique Vs=f()et ( )si f
0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1
sV
si
5- Comparer ces rsultats avec les valeurs thoriques.
Interprtez vos rsultats et donnez une conclusion gnrale.
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Universit Kasdi Merbah Ouargla 2013/2014
2me
anne Instrumentation ptrolire
TP Electronique de puissance TP04 :M. BOUZIDI. / KH .CHAIBAINOU Onduleur de tension
14
Objectifs de TP:
ralis, avec un logiciel de simulation, des montages onduleurs quatre interrupteurs;
relever les oscillogrammes de divers tensions et courants dans ces montages.
I. Onduleur commande symtrique
Dessinez dansPsimle schma de simulation suivant.
Effectuer le rglage suivant :
Base de Temps:pas (step time)= 10-5
s, dure
(total time)=0.05s.
Dans les gnrateurs des impulsions effectuer les
rglages suivants:
-
G1, G3 :f=100Hz, switching points: 0 180- G2, G4 :f=100Hz, switching points: 180 360
1- Visualisez, dans quatre graphes spars:- la tension vsaux bornes de la charge,
- le courant isdans la charge,
- la tension vK1 aux bornes de l'interrupteur K1,- et le courant iK1de l'interrupteur K1.
1- Dduire les tats (Ferm ou Ouvert) de l'interrupteur K1, K2, K3 et K4: vous les noterez sous les
graphes.
2- Dduire les tats (Ferm ou Ouvert) des diodes et des transistors : vous les noterez sous les graphes.
3- Mesurez la valeur efficace de la tension vs.
II. Onduleur commande dcale
Dans le mme schma prcdent modifier :
- La commande de G1 : 0 180
- La commande de G4 : 180 360
- La commande de G2 : 180+ +360
- La commande de G3 : +180
On donne =45
1- Rpondre les mmes questions de la partie I.
2- Mesurez, pour diffrentes valeurs de alpha (=45, 90, 135) la valeur efficace de la tension vs.
3- Quel est l'intrt de la commande dcale ?
4- Visualisez l'allure du courant dbit par l'alimentation continue E. En dduire une proprit
essentielle que doit possder cette alimentation.