MTPS6Université de M'sila 3ème année Electronique Circuits convertisseurs AC/AC (Les Gradateurs) Objectifs : Vous serez familiarisé avec les sujets suivants à la fin de ce TP: Gradateur monophasé monodirectionnel : Réglage en alternatif la forme de la tension aux bornes de la charge. Détermination de la tension efficace de la charge. Connaître l’effet de l’angle de retard sur le spectre du signal de sortie Gradateur monophasé bidirectionnel : Réglage en alternatif la forme de la tension aux bornes de la charge. Détermination de la tension efficace de la charge. Connaître l’effet de l’inductance sur l’intervalle de variation de l’angle de retard Connaître l’effet de l’angle de retard sur le spectre du signal de sortie Gradateur triphasé monodirectionnel : Réglage en alternatif la forme de la tension aux bornes de la charge. Détermination de la tension efficace de la charge. Pour chaque mode de fonctionnement, variation de déphasage des signaux (les entrées du circuit de commande) et le traçage de la forme de signal de sortie En déduire Veff pour chaque intervalle de variation de l’angle de retard Etude du spectre de la tension de sortie en fonction de l’angle de retard Gradateur triphasé bidirectionnel : Même principe que le précédent gradateur. Logiciels utilisés : TINA, MATLAB/Simulink /Simpowersystems. TP N° 11 : Etude des gradateurs--------------------------------------------------------------------- 1 On classe deux types de gradateurs: les gradateurs monophasé et les gradateurs triphasé. Introduction Les circuits gradateurs ont pour rôle de convertir l’énergie électrique à partir d’une source alternative vers une sortie de tension alternative réglable (AC/AC). Les allures et les expressions de la tension efficace de charge sont données en terme de l’angle de retard. Contrôle de lumière et les entraînements à vitesses variables des moteurs asynchrones. Parmi les applications des gradateurs se trouvent dans le réglage des chauffages industriels (température). L’analyse et le principe de fonctionnement pour chaque circuit AC/AC sont bien présentés avec la marche en interrupteur ou la marche en contrôleur de phase.MTPS6 Université de M'sila 3ème année Electronique I. II-Gradateur monophasé Ce gradateur est constitué de deux thyristors montés en "tête-bêche Circuit de commande iG1 iG 2 i 230v 50Hz secteur u v Charge électrique Fig. On montre que : Veff = Ueff 1 − α / π + sin 2α / 2π Veff (v ) α (0 ) TP N° 11 : Etude des gradateurs--------------------------------------------------------------------2 .1 : gradateur monophasé L'angle de retard à l'amorçage α est réglé par le circuit de commande des thyristors. Ce réglage agit uniquement sur la valeur efficace de la tension de charge tandis que la fréquence reste fixe. 2 : veff tension de charge en fonction de α III.4 : charge équilibrée couplé en triangle La structure S3 (Fig. Fig. citons : La structure S1 (Fig. Fig.3) comporte une charge équilibrée couplé en étoile avec deux thyristors tête-bêche par phase.Gradateurs triphasés : Diverses structures sont utilisées suivant le couplage de la charge. TP N° 11 : Etude des gradateurs--------------------------------------------------------------------- 3 .MTPS6 Université de M'sila 3ème année Electronique Fig.5) est formée des trois gradateurs monophasés couplés en triangle. le choix des interrupteurs … Parmi les structures les plus utilisées.4) comporte une charge équilibrée couplé en triangle avec deux thyristors tête-bêche par phase.3 : charge équilibrée couplé en étoile La structure S2 (Fig. le couplage des interrupteurs. Th2' et Th3' par trois diodes. v1 (θ + 2π / 3) = −v3 (θ ) . S2 ou S3 en remplaçant les thyristors Th1'.5 : gradateurs monophasés couplés en triangle.MTPS6 Université de M'sila 3ème année Electronique Fig. Les tensions et courants dans les phases de la charge doivent être alternatives et triphasées.6) dérivée de la structure S1 en supprimant les thyristors de la phase 3. Fig. TP N° 11 : Etude des gradateurs--------------------------------------------------------------------- 4 .6 : Gradateur triphasé économique On trouve également des structures mixtes.Le thyristor Th'1 est commandé en π + α .Principes : Le thyristor Th1 est commandé avec un retard α par rapport au passage à zéro de la tension simple v1 . v1 (θ + 4π / 3) = v 2 (θ ) . ' ' ' ' ' ' On a donc : v1 (θ + π ) = −v1 (θ ) . Les thyristors de la phase 2 sont commandés avec un retard de 120° sur ceux de la phase 1 et ceux de la phase 3 avec un retard de 240° sur ceux de la phase 1. III-1-1-étude de la structure S1 : III-1-1-2. La structure S4 dite "économique" (Fig. obtenues avec les structures S1. La connexion du fil neutre permet le fonctionnement sur charge déséquilibrée. Manip 1 Câbler le circuit ci-dessous représentant un gradateur monophasé monodirectionnel Varier le déphasage du signal Sin (l’entrée du circuit de commande) et remarquer la forme de Vl. Calculer Vleff et déterminer ses valeurs extrêmes Etudier le spectre de la tension de sortie en fonction de l’angle de retard. IV. Nous en déduisons qu'il suffit d'étudier les formes d'onde sur un intervalle égal à π /3 pour connaître le fonctionnement sur une période. V2=50sin(wt-120°). R=10 Ohms et L=100mH pour les circuits monophasé. +Vcc 15 TR1 R2 1k N1 Sin + +Vcc 15 ++ uA741 -Vcc -15 VF1 T1 2N2222 R1 1 k D1 1N1184 R 10 + N2 R3 1 k + - IT1 U1 2N1596 il Ve - + - Vl Fig. V3=50sin(wt+120°) et R=10 Ohms. chaque phase fonctionne comme un gradateur monophasé indépendamment des deux autres phases. Dans le cas des circuits gradateurs triphasés on prend V1=50sin(wt). on donne Ve=50sin(wt). 7 : Gradateur monophasé monodirectionnel Manip 2 TP N° 11 : Etude des gradateurs--------------------------------------------------------------------5 . Notons que si le fil neutre est connecté.MTPS6 Université de M'sila 3ème année Electronique ' ' ' Nous en déduisons: v1 (θ + π / 3) = −v1 (θ + 4π / 3) = −v 2(θ ) Il en est de même pour les autres phases en permutant circulairement les indices 1.Simulation : Utiliser le logiciel TINA pour tracer et analyser les formes d’ondes des différentes grandeurs (tensions et courants) des montages gradateurs. 2 et 3. Quel est l’effet de l’inductance sur l’intervalle de variation de l’angle de retard Calculer Vleff et déterminer ses valeurs extrêmes. Etudier le spectre de la tension de sortie en fonction de l’angle de retard +Vcc 15 TR1 R21k N1 Sin + +Vcc 15 ++ uA741 -Vcc -15 VF1 T1 2N2222 R1 1k U22N1596 + R 10 N2 R3 1k + - IT1 U12N1596 il Ve T2 2N2605 TR1 N2 + - Vl - L 100m R3 1k + IT2 R21k N1 -Vcc -15 Fig. varier le déphasage des signaux monodirectionnel (les entrées du circuit de commande) et tracer la forme de Van. 8 : Gradateur monophasé bidirectionnel Manip 3 Réaliser le circuit ci-dessous représentant un gradateur triphasé Pour chaque mode de fonctionnement.MTPS6 Université de M'sila 3ème année Electronique Réaliser le circuit ci-dessous représentant un gradateur monophasé Varier le déphasage du signal Sin (l’entrée du circuit de commande) et bidirectionnel remarquer la forme de Vl. En déduire Vaneff pour chaque intervalle de variation de l’angle de retard Etudier le spectre de la tension de sortie en fonction de l’angle de retard TP N° 11 : Etude des gradateurs--------------------------------------------------------------------- 6 . 8 : Gradateur triphasé monodirectionnel Manip 4 Réaliser le circuit ci-dessous représentant un gradateur triphasé bidirectionnel Pour chaque mode de fonctionnement. Etudier le spectre de la tension de sortie en fonction de l’angle de retard TP N° 11 : Etude des gradateurs--------------------------------------------------------------------- R6 1 0 7 . varier le déphasage des signaux (les entrées du circuit de commande) et tracer la forme de Van.MTPS6 Université de M'sila 3ème année Electronique +V 1 cc 5 T R1 R1 2 k S in + + +V 1 cc 5 + u 4 A7 1 -V -1 cc 5 T 2 22 1 N2 2 V 1 +V 1 cc 5 T R1 R3 1 k + IT3 V 2 R1 1 k T 2 22 1 N2 2 + D 1 18 6 N14 T 2 19 5 N56 V 3 T R1 R3 1 k + IT5 R1 2 k S in + +V 1 cc 5 ++ u 4 A7 1 -V -1 cc 5 T 2 22 1 N2 2 N1 N2 N1 N2 R3 1 k + IT1 R1 1 k T 2 19 1 N56 + D 1 18 4 N14 R4 1 0 + Vn a R1 2 k S in + +V 1 cc 5 ++ u 4 A7 1 -V -1 cc 5 N1 N2 T 2 19 3 N56 R1 5 0 +V 1 cc 5 - + D 1 18 2 N14 R1 1 k Fig. En déduire Vaneff pour chaque intervalle de variation de l’angle de retard. TP N° 11 : Etude des gradateurs--------------------------------------------------------------------- R1 1 k - R6 1 0 R1 1 k - 8 . est ce qu’on peut remplacer les thyristors par des triac .9 : Gradateur triphasé bidirectionnel V.MTPS6 + cc1 V 5 T 1 R R3 1 k Université de M'sila 3ème année Electronique + cc1 V 5 + IT 1 R1 2k S in + cc1 V 5 + + + u 71 A4 -V -1 cc 5 T 2 22 1 N2 2 N1 N2 T 1 R R3 1 k R3 1 k + IT 4 R1 2k S in + + + cc1 V 5 + u 71 A4 -V -1 cc 5 N1 N2 R1 1 k T 2 22 1 N2 2 + cc1 V 5 T 1 R R3 1 k + IT 3 V 1 R1 1 k T 2 22 1 N2 2 + R4 1 0 T 2 19 4 N5 5 T 2 19 3 N56 V 2 T 1 R R3 1 k + IT 5 R1 2k S in + + cc1 V 5 ++ u 71 A4 -V -1 cc 5 T 2 22 1 N2 2 N1 N2 R1 2k S in + + cc1 V 5 ++ u 71 A4 -V -1 cc 5 N1 N2 T 2 19 1 N56 + - Vn a + cc1 V 5 - R1 50 + T 2 19 6 N5 5 T 2 19 5 N5 6 + T 2 19 2 N5 5 R1 2k S in + cc1 V 5 + + + u 71 A4 -V -1 cc 5 T 2 22 1 N2 2 + cc1 V 5 T 1 R + IT 6 N1 N2 V 3 R1 1 k + cc1 V 5 T 1 R R3 1 k + IT 2 R1 2k S in + + + cc1 V 5 + u 71 A4 -V -1 cc 5 T 2 22 1 N2 2 N1 N2 R1 1 k Fig.Conclusion : Suivant les analyses des divers circuits gradateurs obtenues. si oui donner un exemple pratique d’une application pour faire varier la tension efficace en sortie.