MASTER 1 EEA Parcours CESE

Travaux Pratiques

Convertisseurs Statiques & MachinesEM7ECEBM

V. BLEY D. RISALETTO D. MALEC J.P. CAMBRONNE B. JAMMES

2011-2012

TABLE DES MATIERESRotation des TPBinme 1 2 3 4 5 6 7 8 Sance 1 TP1 TP2 TP3 TP4 TP5 TP6 TP7 TP8 Sance 2 TP8 TP1 TP2 TP3 TP4 TP5 TP6 TP7 Sance 3 TP7 TP8 TP1 TP2 TP3 TP4 TP5 TP6 Sance 4 TP6 TP7 TP8 TP1 TP2 TP3 TP4 TP5 Sance 5 TP5 TP6 TP7 TP8 TP1 TP2 TP3 TP4 Sance 6 TP4 TP5 TP6 TP7 TP8 TP1 TP2 TP3 Sance 7 TP3 TP4 TP5 TP6 TP7 TP8 TP1 TP2 Sance 8 TP2 TP3 TP4 TP5 TP6 TP7 TP8 TP1

Liste des TPTP N 1 : alternateur synchrone...................................................................................... 3 TP N 2 : groupe convertisseur synchrone-continu ........................................................ 8 TP N 3 : moteur asynchrone........................................................................................ 15 TP N 4 : Machine courant continu alimente par un hacheur 1, 2 et 4 quadrants ... 21 TP N 5 : redresseur triphas ........................................................................................ 26 TP N 6 : gradateur monophas.................................................................................... 29 TP N 7 : onduleur de tension monophas ................................................................... 31 TP N 8 : hacheur srie et convertisseur statique abaisseur de tension ........................ 41

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TP N 1 : ALTERNATEUR SYNCHRONE1. OBJECTIFLobjectif de ce TP est dtudier le modle linaire ou modle ractance constante et le modle pseudo-linaire ou modle ractance sature de la machine synchrone. Cette tude comprend : - lidentification des paramtres des deux modles, - la simulation du fonctionnement en charge pour prdterminer le courant dexcitation correspondant un point de fonctionnement donn, - lessai en charge de lalternateur pour comparer les valeurs du courant dexcitation obtenues par simulation aux valeurs mesures exprimentalement. Remarque : un point de fonctionnement est caractris par la tension V, le courant dbit I et le facteur de puissance de la charge cos .

2. MANIPULATION 2.1. Essais puissance rduite pour identification des paramtres2.1.1. Caractristique videLalternateur est entran par un moteur courant continu excitation shunt (voir schma de montage de la Figure 1) dont la vitesse est maintenue constante et gale la vitesse de synchronisme de lalternateur.

Figure 1 Linducteur de lalternateur est aliment soit par une source de tension continue variable, soit partir du rseau continu en srie avec un rhostat de champ. On fera croire J partir de sa valeur minimale jusqu obtenir U0=1,2Un (U0 tension vide compose aux bornes de linduit) puis on fera dcrotre jusqu sa valeur minimale. On prendra pour caractristique E(J) la moyenne des caractristiques obtenues pour J croissant, U puis pour J dcroissant, la f.e.m. E par phase de ltoile quivalente tant gale 0 . 3

2.1.2. Caractristique en court-circuitCourt-circuiter les phases de linduit comme indiqu sur la figure suivante (le groupe tant larrt). 3

Figure 2 Linducteur est aliment comme pour le relev de la caractristique vide. Le groupe tant entran sa vitesse nominale, relever les valeurs de Icc en faisant varier Jcc jusqu obtenir Icc=1,2In. Pour une valeur donne de Jcc vrifier exprimentalement et justifier linfluence de la vitesse sur la valeur de Icc.

2.1.3. Mesure de la rsistanceOn mesure, par la mthode du voltmtre et de lampremtre, la rsistance entre phases de linduit de lalternateur qui reprsente le double de la rsistance par phase de ltoile quivalente.

2.2. Essais en chargeLalternateur alimente un plan de charge triphas pour les essais cos =1. Ce plan de charge est mis en parallle avec une inductance triphase pour les cos diffrents de 1. Le schma de montage est le suivant :

Figure 3 Mesurer les valeurs du courant dexcitation pour les points de fonctionnement suivants en fixant la vitesse sa valeur nominale et en rglant la tension sa valeur nominale (U=Un) : Cos =1 Cos =0,8 AR I=In I=In/2 I=In (pleine charge) (demi-charge)

I=In/2 En pratique, on commence par rgler la composante ractive du courant dsir: Ir=I sin (plan de charge ouvert) puis on rgle I la valeur souhaite en mettant en circuit les rsistances ncessaires du plan de charge. 4

3. RESULTATS1) Calculer la ractance constante X 2) Calculer et tracer la courbe Xs(V) pour V variant de 0 1,2Vn 3) Calculer le courant dexcitation par simulation des points de fonctionnement en charge laide du modle ractance constante puis en utilisant le modle ractance sature. 4) Comparer les valeurs obtenues par simulation aux valeurs de J mesures exprimentalement. En dduire le domaine de validit des deux modles.

4. RAPPELS 4.1. Modle ractance constanteCest le modle linaire dun convertisseur lectromcanique entrefer constant appliqu la machine synchrone pour en dcrire le fonctionnement en rgime permanent. La description par quations de ce modle comprend une quation vectorielle et une quation scalaire : E = V + RI+ jXI E = kJ Ce modle est donc caractris par 3 paramtres: R : rsistance dinduit X : ractance constante k :pente de la caractristique vide (assimile une droite dans lhypothse de dfinition du modle linaire).

4.2. Modle ractance satureCest un modle pseudo-linaire obtenu par simplification du modle de Potier (tudi au second semestre) pour des quations qui le dcrivent aient la mme forme que celles du modle ractance constante : Es = V + RI+ jXsI Es = ksJ Sa mise en uvre est identique celle du modle ractance constante, la diffrence entre les deux modles provient de leurs domaines de validit respectifs. En effet, les paramtres qui caractrisent le modle ractance sature (Xs et ks) ne sont constants que pour un fonctionnement sous tension constante. Dans une utilisation tension constante V, la mise en uvre des 2 modles est rigoureusement identique. Seules diffrent les valeurs des paramtres (X et k dans un cas, Xs et ks dans lautre) et par consquent la rponse au problme pos (valeur du courant dexcitation J pour un point de fonctionnement donn). La comparaison avec les valeurs mesures exprimentalement permettra de dterminer le domaine de validit de chacun des deux modles.

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4.3. Identification des paramtres4.3.1. Modle ractance constante4.3.1.1.Pente de la caractristique vide k Lhypothse simplificatrice du modle linaire implique labsence de saturation du circuit magntique. Cela suppose donc qu vide, le flux embrass par lenroulement dinduit est proportionnel au courant inducteur J et la f.e.m. E, proportionnelle ce flux, est aussi proportionnelle au courant J. La caractristique vide de la machine relle est dont remplac arbitrairement par la droite passant par lorigine et peu prs confondue avec le bas de la caractristique relle. Cette droite parte le nom de droite dentrefer et a pour pente le paramtre k. 4.3.1.2.Ractance X Dans un essai en court-circuit (V=0) on a : Ecc = RIcc + jXIcc avec Ecc = kJcc Comme R