MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
Direction g n rale des tudes technologiques
Institut sup rieur des tudes technologiques de Nabeul
D partement : G nie Electrique
Support de travaux dirig s
D lectronique de puissance
Classe concern e : EI2 L2 S1
Propos s par :
Hidri.Imed
Technologue lISET de Nabeul
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
PREFACE
Ce manuel de travaux dirig s d lectronique de puissance est destin aux tudiants de G nie lectrique
EI L2 S1.
Il permet l tudiant:
De ma triser le fonctionnement des semi-conducteurs de puissances en r gime de commutation.
Danalyser le fonctionnement des montages redresseurs command s et non command s.
Danalyser le fonctionnement des montages redresseurs mixtes.
Danalyser le fonctionnement des Gradateurs monophas s et triphas s.
Par ailleurs il est signaler que ce travail na aucun caract re d finitif et sa r daction est provisoire;
il ne pr tend pas tre exhaustif.
Page 1
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
TRAVAUX DIRIGES N 1
Exercice N 1
Soit le montage suivant :
D
iC(q)
v (q )
R
vC(q )
Dans ce circuit la tension dalimentation est :
On donne V = 220v ;
et R = 10 .
1- Analyser le fonctionnement du montage et repr senter sur DR1, lallure de v( ), iC( ),
vC( ) et vD( ).
2- Quels l ments sont prendre en compte pour le choix de D ?
3- Calculer la puissance moyenne d livr e la charge, la puissance apparente et le facteur de
puissance.
4- On intercale, entre la source et la charge, un transformateur de rapport de transformation gal
1 conform ment la repr sentation de la figure suivante
D
iC(q)
vD( )
vP(q )
vS(q )
R
vC(q )
La tension secondaire est vS( ) = v( ).Repr senter iS( ) et iP( ) et calculer la valeur efficace du
courant primaire que lon notera IP.
5- Quelle sont les puissances moyennes au secondaire et au primaire ?
6- Quelles sont les valeurs des puissances apparentes ? Les facteurs de puissance ?
Page 2
t ou )(sin 2V )(vw=qq=qrad/s 50 2 p=w
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Exercice N 2
Soit le montage suivant :
iC(q)
D
vD
vC(q )
R
L
v (q )
Dans ce circuit la tension dalimentation est :
On donne V = 220v ;
, R = 2 et L = 10
1- Analyser le fonctionnement du montage et d terminer lexpression du courant iC( ).
2- Repr senter le graphe du courant dans le r cepteur.
3- D terminer langle dextinction 1.
4- D terminer la tension moyenne aux bornes du r cepteur.
5- On intercale, entre la diode D et la charge, une diode de roue libre DRL de la fa on suivante:
D
vD
iD(q)
iC(q)
iRL(q)
DRL
vC(q )
R
L
v (q )
5-1- Pour
analyser le fonctionnement du montage et d terminer lexpression de :
iC( ), iD( ), iDRL( ), vC( ) et vD( ).
5-2- Pour
analyser le fonctionnement du montage et d terminer lexpression de :
iC( ), iD( ), iDRL( ), vC( ) et vD( ).
5-3- Pour
repr senter sur DR2, lallure de :
iC( ), iD( ), iDRL( ), vC( ) et vD( ).
5-4- Calculer la tension moyenne aux bornes du r cepteur, conclure.
Page 3
t ou )(sin 2V )(vw=qq=qrad/s 50 2 p=w[] , 0 p q[] 2 , pp q[] 2 , 0 p q
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Exercice N 3
Une alimentation simple alternance comporte une f. .m. sinuso dale
,
un thyristor T et un r cepteur R-L dont les valeurs sont les suivantes :
T
iC(q)
v (q )
vC(q )
R
L
Sachant que langle damor age est =
, d terminer :
1- Le graphe du courant dans le r cepteur.
2- Langle dextinction 1.
3- Calculer la tension moyenne aux bornes du r cepteur
Page 4
t)(100sin 2 220 )(vp=qp=wW=wW=100 et 8 L ,2 R6p
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Document r ponse N 1
v
Vm
0
-Vm
Vm
vC
0
0
vD
-Vm
iC
0
0
2
3
4
Page 5
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Document r ponse N 2
v
Vm
0
-Vm
Vm
vC
0
0
vD
-Vm
iC
0
iD
0
iDRL
0
0
2
3
4
Page 6
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
TRAVAUX DIRIGES N 2
Exercice N 1
Publicité
La figure suivante pr sente un pont redresseur monophas dans lequel les l ments sont suppos s
parfaits. Linductance de lissage est suffisamment grande pour que lon puisse consid rer le courant
qui la traverse comme continu et parfaitement liss (IC= cte).
D1
vD1
D3
IC
iP
T
iS
vP(q )
vS(q )
uC(q )
Charge
D2
D4
Le rapport de transformation est m =
La tension primaire sinuso dale a une valeur efficace VPeff de 240v.
1- Analyser le fonctionnement du montage et repr senter sur DR1, lallure de uC( ) et vD1( ).
2- Exprimer la valeur moyenne de la tension redress e (UCmoy ) en fonction de m et VPeff.
3- Exprimer la valeur efficace de la tension redress e (UCeff ) en fonction de m et VPeff.
4- Calculer UCmoy et UCeff.
5- Etant donn que la r sistance R = 30 ;
- Repr senter sur DR1, lallure du courant iD1( ).
- Calculer ID1moy et ID1eff.
6- Repr senter sur DR1, lallure du courant secondaire iS( ).
7- Calculer la valeur efficace du courant iS( ) et iP( ).
Page 7
85
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Exercice N 2
La figure suivante pr sente un pont redresseur monophas enti rement command associ un
transformateur monophas partir dun r seau alternatif 230/400v- 50hz.
iT1
T1
vT1
T3
iC
T
vP(q )
vS(q )
uC(q )
Charge
T2
T4
1- Charge RL
Le pont d bite sur une charge R-L, langle de retard lamor age est = 0, la conduction est continue.
1-1- Repr senter sur DR2, lallure de uC( ) et vT1( ).
1-2- Calculer le rapport de transformation m du transformateur pour avoir une tension moyenne aux
bornes de la charge UCmoy = 220v.
1- Charge RLE
Maintenant la charge est un moteur quon lassimile une charge RLE. ON suppose que iC( ) est
constant gal IC.
2-1- Repr senter sur DR2, lallure de uC( ) et vT1( ) pour = 30 .
2-2- Calculer la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge.
2-3- Repr senter sur DR2, lallure de uC( ) pour = 120 et donner sa valeur moyenne.
Page 8
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Exercice N 3
On tudie le syst me redresseur de la figure suivante dans lequel les l ments sont suppos s parfaits.
Linductance de lissage est suffisamment grande pour que lon puisse consid rer le courant qui la
traverse comme continu et parfaitement liss (IC = cte).
vP(q )
n1
T1
T2
n2
n2
RC
LC
uC(q )
k
DRL
Le rapport de transformation par demi-secondaire est m =
Les amor ages des thyristors se font aux instants : t0 =
,
,
,
,
,etc..
La tension primaire sinuso dale a une valeur efficace V de 380v.
1- 1ercas: k est ouvert
1-1- Exprimer la valeur moyenne UCmoy de la tension redress e en fonction de m, V et . Donner
lallure de uC( ) au moins sur une p riode.
Application num rique : calculer UCmoy pour = 45 .
1-2- La r sistance R = 14,1 ; calculer la valeur moyenne et la valeur efficace du courant qui
traverse un thyristor.
1-3- Exprimer la valeur efficace UCeff de uC( ) en fonction de V et . Comment volue la quantit
2- 2eme cas: k est ferm
Reprendre les questions pr c dentes (m me charge, m me valeur de )
3- Quels sont les facteurs de puissance secondaire dans chaque cas pr c dent de fonctionnement ?
Page 9
707,0 nn12=vy2T t0+T t0+23T t0+2T t0+CmoyCeffUU F=
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Document r ponse N 1
v
Vm
0
-Vm
Vm
vC
0
0
vD1
-Vm
iD1
iS
0
0
0
2
3
4
Page 10
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Document r ponse N 2
uC
Vm
0
-Vm
Vm
vT1
0
-Vm
Vm
uC
0
-Vm
Vm
vT1
uC
0
-Vm
Vm
0
-Vm
Page 11
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
TRAVAUX DIRIGES N 3
Exercice N 1
La figure suivante pr sente un pont redresseur triphas diodes dans lequel les l ments sont suppos s
parfaits. Linductance de lissage est suffisamment grande pour que lon puisse consid rer le courant
qui la traverse comme continu et parfaitement liss (IC = cte).
Ph1
Ph2
Ph3
vP1( )
vP2( )
vP3( )
vS1( )
vS2( )
vS3( )
iS1( )
D1
D2
D3
iD1
iD2
iD3
Publicité
IC
uC
R
L
La tension primaire sinuso dale a une valeur efficace V de 380v et f = 50Hz.
1- Repr senter sur DR1, lallure de uC( ), vD1( ), iS1( ).
2- Exprimer et calculer la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge.
3- Exprimer la valeur moyenne de courant iS1( ) en fonction de IC.
4- Exprimer la valeur efficace de courant iS1( ) en fonction de IC.
Exercice N 2
La figure suivante pr sente un pont redresseur triphas thyristors dans lequel les l ments sont
suppos s parfaits. Linductance de lissage est suffisamment grande pour que lon puisse consid rer le
courant qui la traverse comme continu et parfaitement liss (IC= cte).
vP1( )
vP2( )
vP3( )
Ph1
Ph2
Ph3
vS1( )
vS2( )
vS3( )
iS1( )
T1
T2
T3
iT1
iT2
iT3
IC
uC
R
L
Dans ce circuit la tension dalimentation est :
.
Sachant que langle damor age est = .
Page 12
(314t)sin 114,4 )(vS1=q4p
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
1 re partie
1- Repr senter sur DR2, lallure de uC( ) , vT1( ) et iS1( ).
2- Exprimer et repr senter la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge en fonction
de (UCmoy = f( )). Tirer vos conclusions.
2 me partie
On modifie le montage pr c dent en montant une diode de roue libre DRL aux bornes de la charge
1- Repr senter sur DR3, lallure de uC( ), vT1( ), iS1( ) et iDRL( ).
2- Exprimer et repr senter la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge en fonction
de (UCmoy = f( )). Tirer vos conclusions.
3- Comparer cette courbe avec la pr c dente et en d duire le r le de DRL.
Exercice N 3
Un redresseur est aliment par linterm diaire dun transformateur triphas (T) que lon suppose
parfait, le couplage est Yy et les diodes sont consid r es comme parfaites.
Le pont de Gra tz ainsi constitu alimente un r seau de tension continue 240v par linterm diaire
dune inductance de lissage LC dont la valeur est suffisamment grande pour que lon puisse consid rer
le courant qui la traverse comme continu et parfaitement liss . La puissance fournie au r seau continu
est 28,8kW. Le r seau alternatif primaire est 220/380v, 50Hz.
Ph1
Ph2
Ph3
T
vP1( )
vP2( )
vP3( )
vS1( )
vS2( )
vS3( )
D1
D3
D5
D2
D4
D6
LC
uC
1- Calculer le rapport de transformation de (T).
2- Calculer le courant moyen dans une diode, le courant efficace et la tension maximale inverse.
Si on admet un coefficient de s curit de 2 pour le courant et de 2,5 pour les tensions, quelles
devront tre les caract ristiques des diodes utilis es ? Donner un exemple de choix partir
de caract ristiques constructeur (M motech Electronique).
Page 13
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
3- Calculer la valeur efficace du courant primaire.
4- Calculer les facteurs de puissance au secondaire et au primaire du transformateur.
Exercice N 4
On se propose d tudier un montage redresseur utilisant des thyristors parfaits.
Le montage est aliment par un syst me de tensions quilibr es sinuso dales de valeur efficace
Veff = 140v et de fr quence 50Hz.
Le r seau de tensions secondaires du transformateur sera not de la fa on suivante :
Ph1
Ph2
Ph3
vP1( )
vP2( )
vP3(
)
vS1( )
vS2( )
vS3( )
N
iT1
T1
iS1( )
T3
T5
T2
T4
T6
IC
uC
R
L
+
E
-
Linductance de lissage est suffisamment grande pour que lon puisse consid rer le courant qui la
traverse comme continu et parfaitement liss (IC = cte).
Sachant que langle damor age est = , R = 4 et E = 60v.
1- Repr senter sur DR4, lallure de uC( ) , vT1( ), iS1( ).
2- Exprimer et calculer la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge UCmoy.
3- Calculer la fr quence de la tension redress e.
4- Exprimer et calculer la valeur efficace de courant iS1( ) en fonction de IC.
5- Calculer le facteur de puissance secondaire.
Page 14
) ( sinV vmS1=)32 - ( sinV vmS2p=)34 - ( sinV vmS3p=3p
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Document r ponse N 1
uC
vD1
v1-v2
v1-v3 v2-v3
v2-v1
v3-v1
v3-v2
v1
v2
v3
0
iS1
0
= t
= t
Page 15
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Document r ponse N 2
uC
vT1
v1-v2
v1-v3 v2-v3
v2-v1
v3-v1
v3-v2
v1
v2
v3
0
iS1
0
= t
= t
Page 16
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Document r ponse N 3
uC
vT1
v1-v2
v1-v3 v2-v3
v2-v1
v3-v1
v3-v2
v1
Publicité
v2
v3
0
iS1
0
iDRL
0
= t
= t
= t
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Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Document r ponse N 4
uC
vT1
v1-v2
v1-v3 v2-v3
v2-v1
v3-v1
v3-v2
v1
v2
v3
0
iS1
0
= t
= t
Page 18
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
TRAVAUX DIRIGES N 4
Exercice N 1
Soit le montage suivant:
Ph1
Ph2
Ph3
vP1( )
vP2( )
vP3(
)
vS1( )
vS2( )
vS3( )
N
iT1
T1
iS1( )
T2
T3
D1
D2
D3
IC
uC
R
L
+
E
-
Linductance de lissage est suffisamment grande pour que lon puisse consid rer le courant qui la
traverse comme continu et parfaitement liss (IC = cte).
Le r seau de tensions secondaires du transformateur sera not de la fa on suivante :
Sachant que langle damor age est =
, R = 4 et E = 60v.
6- Quel est le nom du montage propos ?
7- Pour = 105 , Repr senter sur DR1, lallure de uC( ), vT1( ), iS1( ).
8- Exprimer et calculer la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge UCmoy.
Que pouvez-vous conclure ?
9- Ce montage permet-il la marche en onduleur non autonome?
Si oui, expliquer comment et sur quel facteur faut-il agir ?
Si non, quelle modification faut-il apporter au montage pour avoir ce mode de fonctionnement.
Reprenez dans ce cas les m mes questions que 2 et 3 en utilisant DR2
Page 19
) ( sin311 vS1=)32 - ( sin311 vS2p=)34 - ( sin311 vS3p=3p
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Exercice N 2
Dans le but d assurer une source de tension continue n gative on r alise le montage suivant :
Ph1
Ph2
Ph3
vP1( )
vP2( )
vP3( )
vS1( )
vS2( )
vS3( )
i1( )
D1
D2
D3
iD1
IC
uC
R
L
Le transformateur en couplage toile- toile sera consid r comme d pourvu de fuites magn tiques et
de r sistances. Le pont de diodes (couplage P3) sera lui aussi consid r comme parfait et la charge est
constitu e dune r sistance R et dune inductance L de forte valeur que lon assimile un g n rateur
de courant IC. Le r seau de tensions secondaires du transformateur sera not de la fa on suivante :
1- Compl ter le tableau danalyse de fonctionnement du document r ponse N 3.
2- Repr senter dans le document r ponse N 4 uC( ), vD1( ), iD1( ) et i1( ).
3- D montrer que la valeur moyenne de uC( ) (UC =
). En d duire V
Si UC = 256V.
4- Calculer le facteur de puissance k.
Page 20
) ( sin2 V vS1=)32 - ( sin2 V vS2p=)34 - ( sin2 V vS3p=p-263V
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Document r ponse N 1
uC
vD1
v1-v2
v1-v3 v2-v3
v2-v1
v3-v1
v3-v2
v1
v2
v3
0
iS1
0
= t
= t
Page 21
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Document r ponse N 2
uC
vT1
v1-v2
v1-v3 v2-v3
v2-v1
v3-v1
v3-v2
v1
v2
v3
0
iS1
0
= t
= t
Page 22
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Document r ponse N 3
Intervalles
Diode
en conduction
uC
vD1
iD1
i1
Document r ponse N 4
uC vD1
v1-v2
v1-v3 v2-v3
v2-v1
v3-v1
v3-v2
v1
v2
v3
0
iD1
i1
0
0
= t
= t
= t
Publicité
Page 23
[]2 , 0 p[] 67 , 2 pp
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
TRAVAUX DIRIGES N 5
Exercice N 1
On d cide d tudier la puissance absorb e par un projecteur. On commande le gradateur par une
tension variant de 0 10volts pour obtenir un angle de retard la conduction de 180 0 . Le
gradateur est compos de deux thyristors suppos s parfaits. La tension v(t) est sinuso dale et a pour
expression
On admettra que la lampe halog ne a les propri t s dune r sistance pure ind pendante de la
temp rature.
1- La charge est une r sistance pure.
Tension dalimentation V=230v; 50hz.
Lampe halog ne; tension 230v; puissance 5kW.
Montage et, repr sentation:
Th1
Th1
i(t)
v(t)
Gradateur
u(t)
Charge
Alimentation
Projecteur
1- Donner les formes dondes des grandeurs lectriques i(t) et u(t) pour = 60 .
2- Exprimer le courant efficace Ieff en fonction de la valeur maximale VMAX de la tension v(t), de
R et de, .
3- Calculer Ieff et la puissance lectrique absorb e par la charge PA pour = 0 , 30 , 90 , 120
et 180 .
4- Justifier lexistence du puissance r active.
Page 24
)sin(2 2V v(t)ftp=
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
II-2- la charge est inductive (R-L).
En r alit la lampe appara t au gradateur comme un r cepteur inductif (R-L) cause de son c ble
dalimentation (longueur 50m). En r gime sinuso dale 50hz, lensemble c ble et lampe a un facteur
de puissance cos( ) =
1- On pose,
.Etablir lexpression du courant i( ) en fonction
de VMAX, Z, Q, , et avec = t.
2- Repr senter et commenter les formes dondes des gradateurs lectriques i( ) et u( ) selon que
langle dallumage est sup rieur, gal ou inf rieur au d phasage .
Exercice N 2
Dans toute cette partie, les interrupteurs sont constitu s de thyristors suppos s id aux. Le r seau a pour
pulsation .
On donne le sch ma dun gradateur monophas d bitant sur une charge r sistive pur :
Th1
Th1
i(t)
v(t)
Gradateur
u(t)
R
Alimentation
Charge
Les thyristors sont amorc s avec un retard angulaire 0 = t0 =
par rapport aux passages 0 de la
tension v(t). La tension v(t) est sinuso dale et a pour expression
on donne V = 220v; f = 50hz et R = 10ohms.
1- Donner sur le document r ponse N 1, en le justifiant, les intervalles de conduction des deux
thyristors et le chronogramme de lintensit i(t) du courant dans la r sistance R.
Page 25
12cospRL Qet ww=+=jLRZ2p)t.f.sin(2 2V v(t)p=
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
2- Pour la valeur particuli re 0 = t0 =
, exprimer simplement la puissance active moyenne P
fournie par le r seau en fonction V et R. Application num rique.
3- Exprimer i(t) en fonction de V, R et , en d duire les valeurs efficaces Ieff de i(t) et Ueff de u(t).
4- Au d veloppement en s rie de Fourier de i(t), on trouve que le fondamental a pour expression :
avec I1MAX = 18,4A et 1 = 32,5 = 0,567rad.
D duire de la connaissance de i1(t), une expression de la puissance P. Puis recalculer P.
5- Que vaut la puissance r active Q fournie au r seau ? en d duire la puissance apparente S et le
facteur de puissance de linstallation k.
Exercice N 3
On donne le sch ma de principe dun gradateur triphas d bitant sur une charge r sistive pur coupl e
en toile :
0
vA
vB
vC
A
B
C
Th1
Th1
Th2
Th2
Th3
1
2
3
Th3
v1
R
v2
R
v3
R
Les tensions sinuso dales vA, vB et vC ont m me valeur efficace V et constituent un syst me triphas
quilibr direct. Sur le document r ponse N 2, on pr cise le s quence ment de lamor age
des 6 thyristors dans le cas o 0 = t0 =
. On a toujours V = 220v et les interrupteurs sont suppos s
id aux. Le fonctionnement tant parfaitement sym trique, on tudie dans un premier temps
lintervalle
.
1- Sur chacun des 6 intervalles donner un sch ma quivalent de linstallation tenant compte des
interrupteurs passants et expliquer la forme de la tension v1( ) donn e sur le document
r ponse N 2 pour comprise entre 0 et 180 .
2- Compl ter le chronogramme de v1( ) pour comprise entre 180 et 360 .
Page 26
2p) - sin( I (t)i1 1MAX1jq=6p[] 180 , 0
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Exercice N 4
Soit le montage dun variateur de puissance monophas suivant :
Th
Th
v(t)
Gradateur
i(t)
u(t)
R
L
Alimentation
Charge
Dans toute cette partie, les interrupteurs sont constitu s des thyristors suppos s id aux. Le r seau a
pour pulsation . Les thyristors sont amorc s avec un retard angulaire 0 = t0 par rapport aux
passages 0 de la tension v(t). La tension v(t) est sinuso dale et a pour expression
On donne V = 220v; f = 50Hz, L = 16,548mH et R = 9ohms.
Les signaux de commandes des deux thyristors sont :
iG
0
iG
0
= t
= t
1- Pour 0 = 90 , expliquer le fonctionnement du montage d terminer lexpression de i(t) et
repr senter sur le m me graphique v(t), u(t) et i(t).Tirer vos conclusions.
2- Pour 0 = 15 , refaire le m me travail.
Page 27
) t.f.2 sin( 2V v(t)p=0 ypp20 2y+pp3pp2p30 y+p
Travaux dirig s d lectronique de puissance pour EI L2S1
Document r ponse N 1
v
0
V
-V
VM
0
Document r ponse N 2
v1( )
Th1
Th1
Th2
Th2
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