gradateurs monophasés et triphasés - thierry lequeu · mc-et3 – iut de tours – département...
TRANSCRIPT
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 47
Gradateurs monophasés et triphasés
Plan de l'étude :
1) Les gradateurs monophasés : • Présentation • Sur charge résistive : application à l'éclairage • Sur charge R-L : variation de vitesse de moteur • Charge inductive : compensation d'énergie réactive
2) Les gradateurs triphasés :
• Différents principes • Montages tout thyristors • Gradateur en étoile • Gradateur en triangle • Choix d'un gradateur triphasé
Bibliographie :
- L'électronique de puissance - Volume 2 La conversion AC-AC C. ROMBAUT, G. SEGUIER, R. BAUSIERE, TEC&DOC, 1986.
- L'électronique de puissance : les fonctions de base et leurs applications - Cours et
exercices résolus, G. SEGUIER, DUNOD, 7eme édition, 1998, 424 pages.
- Génie électrique. du réseau au convertisseur. apprendre par l’exemple,
J.-P. COCQUERELLE, éditions TECHNIP. - Norme européenne, Norme française, NF EN 61000-3-2,
1er tirage, août 1995.
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 48
Gradateur monophasé sur charge R
Schéma de principe :
( ) ( )
T
2f2
tsin2Vtv
π=⋅π=ω
ω⋅=
R
Triac
Trv (t)
A2
A1
u(t)G
v(t)
i(t)
t
vTr
T0
tT
T0
tT
T2
0
ψ
2
T2 ψt
θ=ωtπ 2π
v
i
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 49
Exemples de réalisations de gradateur
Le composant TRIAC :
Gradateur économique :
Gradateur à forte plage de variation :
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 50
Caractéristiques de transfert
( ) : en defonction en
2
2sin1 eff °ψ
πψ+
πψ−⋅= effVU
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
50
100
150
200
250
psi en °
( ): en defonction en
2
2sin1
max
arg °ψπ
ψ+πψ−=
P
P ech
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
psi en °
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 51
Fondamental du courant réseau
Calcul du fondamental du courant :
( ) ( ) ( )T
2f2 avec tsinBtcosAti 111
π=⋅π=ωω⋅+ω⋅=
( ) ( ) ( ) ( )∫∫π
ψω=θθ⋅θ⋅θ
π=⋅ω⋅= t avec dsini
2
4dttsinti
T
2B
T
01
( ) ( )∫π
ψθ⋅θ⋅θ
π= dcosi
2
4A1
( ) ( ) ( ) [ ]πψ∈θθ⋅=θ=θ ; pour sinR
2VR
vi poseon S
( )
π−
πψ⋅=
2
1
2
2cos
R
2VA1 et
( )
πψ+
πψ−⋅=
2
2sin1
R
2VB1
Valeur efficace : ( ) ( ) 22
0
1
2
2sin1
2
1
2
2cos
I
I
πψ+
πψ−+
π−
πψ=
Argument du courant :
=ϕ
1
11 B
AtanArc
Puissance réactive : ( )111 sinIVQ ϕ⋅⋅=
Puissance apparente : eff Ceff S IVS ⋅= eff 1eff S1 IVS ⋅=
Puissance déformante : ( ) ( )221
221
21 DSDQPS +=++=
2
0
eff 1
2
0
eff C
O I
I
I
I
IVD
−
=
⋅
Facteur de puissance : O
eff C
eff Ceff S
2eff C
I
I
IV
IR
S
PFp =
⋅⋅==
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 52
Evolution des harmoniques
Calcul des harmoniques du courant réseau :
( ) ( ) ( )∑∑∞
=
∞
=ω⋅+ω⋅=
1nn
1nn tnsinBtncosAti
( )
π−
πψ=
2
1
2
2cos
R
2VA1 et ( )( )
( )( )
π−ψ−
π+−ψ+=+ k2
1k2cos
1k2
11k2cos
R
2VA 1k2
( )
πψ+
πψ−=
2
2sin1
R
2VB1 et ( )( )
( )( )
πψ+
π+ψ+=+ k2
k2sin
1k2
1k2sin
R
2VB 1k2
Variation des trois premiers harmoniques
et du courant efficace en fonction de ψ en degrés :
RV
2
B
2
A
I
Ix
2
1k2
2
1k2
0
1k21k2
+
==
++
++
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 53
Gradateur monophasé - Charge R-L
Schéma de principe :
( ) ( )
mHL
RT
f
tVtvS
50
10
22
sin2
=Ω=
π=⋅π=ω
ω⋅=
R
Triac
K1v Linv
outi
outv
°=ψ°=
ω=ϕ=ω= 72 ; 57R
Larctan ; 57,1
R
LQ
( ) ( ) ( )( )
⋅ϕ−ψ−ϕ−θ⋅
+=θ
ψ−θ−
ψ>θQ
2esinsin
Q1
1x
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 54
Gradateur monophasé / Charge R-L
Instant d'annulation du courant pour Q = [ 0.5 ; 1 ; 2 ; 5] et ψ = 72° :
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
Q = 0.2
Q = 1
Q = 2
Q = 5
t1 (en ms) en fonction de Q
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5180
200
220
240
260
280
300
psi = 5°
psi = 70°
psi = 110°
psi = 150°
( )ψ<⋅ω 1tpour valable
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 55
Etude pour différentes charges
Instant d'annulation du courant t1 (en ms) en fonction de ψ (en °)
pour Q = [ 0.5 ; 1 ; 2 ; 5] :
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180180
200
220
240
260
280
300
Q = 0.5
Q = 1
Q = 2
Q = 5
Uc eff en fonction de ψ (en °) pour Q = [ 0.5 ; 1 ; 2 ; 5] :
( ) ( ) ( )( )
ψ⋅−θ⋅⋅−ψ−θ⋅π
=ψ= ϕ>ψ 2sin2sin211
xVU
11eff S
eff C
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 56
Gradateur monophasé - Charge L
Compensation d'énergie réactive :
VL
C
TCR
FiltresChargeQ variable
Application à l'interconnexion transmanche :
Yves MACHEFERT-TASSIN et Louis JULIEN - REE N°2 - juillet 1995
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 57
Evolution du courant (gradateur + L) ( ) ( ) ( ) °ψ⋅ω−ψ= 120 =pour tcoscos
Iti
max
ch
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Evolution du courant efficace en fonction de ψ en °
( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )
ψψ+ψ−+ψψ−ππ
= sincos42sin2
11cos2
2
I2
max eff
eff LI
90 100 110 120 130 140 150 160 170 1800
0.2
0.4
0.6
0.8
1
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 58
Harmoniques du compensateur
Spectre du courant de ligne :
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Diagramme d'impédance du filtre :
( ) ( ) f fréquence la defonction en Zlog20fG total10⋅=
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-10
0
10
20
30
40
50
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 59
Les gradateurs triphasés
Montage tout thyristors :
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 60
Gradateur en montage mixte
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 61
Différents couplages des gradateurs
Couplage étoile :
Couplage triangle :
MC-ET3 – IUT de Tours – Département GEII – 2ième année
Thierry LEQUEU – Janvier 2011 – Fichier : IUT-MC-ET3-3TR.DOC – Page 62
Comparaison des gradateurs triphasés
Groupement triangle :
- Réglage séparé du courant par phase. - Amélioration du facteur de puissance. - Réduction des harmoniques du courant de ligne. - Tenue en tension et en courant des composants. - Simplicité de la commande.