Aurélie 07/06/07
 

Etude d'un onduleur bac électrotechnique 2007 France

 
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On propose d'étudier certains éléments entrant dans la constitution d'un tapis de jogging motorisé.

Le schéma de principe simplifié est donné ci-dessous :

Le tapis de jogging est entraîné par un motoréducteur dont la vitesse est régulée.

Partie A : Étude de l'onduleur

L'onduleur alimentant le moteur délivre un système de tensions triphasées.

Pour étudier la conversion réalisée par l'onduleur, on se place dans le cas d'un onduleur monophasé dont le schéma de principe est le suivant :

Les interrupteurs électroniques K1, K2, K3 et K4 sont commandés périodiquement.

Aucune connaissance spécifique à l'onduleur à quatre interrupteurs n'est nécessaire pour traiter cette partie.

Chaque interrupteur électronique K est composé d'un interrupteur commandé H et d'une diode D en antiparallèle afin de permettre la conduction dans les deux sens.

Les interrupteurs commandés et les diodes sont considérés parfaits. L'onduleur est alimenté par une source de tension continue E.

  1. Quel composant électronique peut-on utiliser comme interrupteur commandé H ?
  2. On utilise la commande suivante : Sur l'intervalle [0 ;½T ], K1 et K3 sont fermés, K2 et K4 ouverts.
    Sur l'intervalle [ ½T; T], K2 et K4 sont fermés, K1 et K3 ouverts.
    La tension u aux bornes de la charge et l'intensité i du courant qui la traverse sont représentées sur le document réponse 1.
    - Quelle est la valeur moyenne Umoy de la tension u aux bornes de la charge et quelle est la conversion réalisée par l'onduleur ?
    - La charge impose un courant sinusoïdal d'intensité i de valeur maximale Imax = 6 A. Calculer la valeur efficace I du courant. Préciser les caractéristiques d'un ampèremètre permettant de mesurer cette valeur.
  3. Fonctionnement de l'onduleur lorsque les interrupteurs K1 et K3 sont fermés (intervalle d'étude [0 ;½T ]).
    - Donner une relation liant u à E.
    - Le courant traversant la charge n'a pas toujours le même sens lorsque K1 et K3 sont fermés. En s'appuyant sur le document réponse 1, préciser les intervalles de temps durant lesquels le courant dans la charge va de BA, de AB ; en déduire, pour chacune des situations, les éléments passants (diode ou interrupteur commandé).
  4. Compléter le document réponse 1, en précisant les éléments conducteurs (diode ou interrupteur commandé) pour chaque intervalle et sur une période de fonctionnement.
  5. Etude de l'intensité iG du courant fourni par la source de tension continue.
    - Sur l'intervalle [0 ; ½T ], quelle est la relation entre iG et i ?
    - Sur l'intervalle [½T; T], quelle est la relation entre iG et i ?
    - Tracer iG(t) sur le document réponse 1.
  6. Il est possible de commander les interrupteurs différemment.
    - La fermeture simultanée des interrupteurs K1 et K2 (ou K3 et K4) est interdite. Pourquoi ?
    - La fermeture simultanée des interrupteurs K1 et K4 (ou K2 et K3) est possible. Pourquoi ?
Composant électronique utilisé comme interrupteur commandé H :

transistor de puissance, thyristor.

Valeur moyenne Umoy de la tension u aux bornes de la charge :

Sur l'intervalle [ ½T; T], u est égal à +E ; sur l'intervalle [ ½T; T], u est égal à -E :

la valeur moyenne de u est donc nulle sur une période.

Conversion réalisée par l'onduleur :

Convversion d'un courant continu en courant alternatif. C'est l'inverse du redressement.

La charge impose un courant sinusoïdal d'intensité i de valeur maximale Imax = 6 A.

Valeur efficace I du courant :

I= Imax / 2½ = 6/1,414 ; I= 4,2 A.

Un ampèremètre numérique ( touche AC sélectionée) permet de mesurer cette valeur.

Fonctionnement de l'onduleur lorsque les interrupteurs K1 et K3 sont fermés (intervalle d'étude [0 ;½T ]).
Relation liant u à E :

u=+E.
Le courant traversant la charge n'a pas toujours le même sens lorsque K1 et K3 sont fermés.

Intervalles de temps durant lesquels le courant dans la charge va de BA, de AB ; en déduire, pour chacune des situations, les éléments passants.

[0 , t1] le courant va de B --> A, diodes D1, D3 passantes.

[t1 , ½T] le courant va de A --> B, H1, H3 passants.

[½T , t2 ] le courant va de A --> diodes D2, D4 passantes.

[t2, T] le courant va de B --> A, H2, H4 passants.

Compléter le document réponse 1, en précisant les éléments conducteurs (diode ou interrupteur commandé) pour chaque intervalle et sur une période de fonctionnement.

 

 

Etude de l'intensité iG du courant fourni par la source de tension continue.
Relation entre iG et i :
[0 , t1] le courant va de B --> A, iG= i.

[t1 , ½T] le courant va de A --> B, iG= i.

[½T , t2 ] le courant va de A --> B, iG= -i.

[t2, T] le courant va de B --> A, iG= -i.

La fermeture simultanée des interrupteurs K1 et K2 (ou K3 et K4) est interdite :

La batterie est en court circcuit et la charge n'est traversée par aucun courant.

La fermeture simultanée des interrupteurs K1 et K4 (ou K2 et K3) est possible.

La batterie est hors circcuit et la charge n'est traversée par aucun courant.
 
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