TP R1/ER1

1 Gradateurs

TP : gradateur, pilotage lumière

I) Cours + questions

But : conversion ~ vers ~

• Commande par angle de phase : la tension aux bornes de la charge est composée de

portions d’alternances. On règle l’angle de conduction en même temps pour les

alternances positives et les alternances négatives

• Commande par trains d’ondes

la tension de sortie est composée d’alternances complètes dont on règle le nombre.

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Composants : thyristors et triacs

Le triac est l’assemblage de deux thyristors montés tête bêche.

équivaut à :

Un thyristor conduit à partir du moment où on applique une impulsion sur la gâchette et

que sa tension AK est positive. Il se bloque lorsque le courant qui le traverse s’annule.

• Cas du réglage de l’angle de phase :

La valeur efficace de la tension en sortie du gradateur est fonction de l’angle d’amorçage

.

• Cas du réglage par trains d’ondes

L’intérêt pratique de la commande par trains d’onde est principalement de limiter la

pollution harmonique.

0 2 4 640

20

0

20

40

i ( )

v ( )

8

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• Préparation

a) Commande par angle de phase

On donne Fig. 1 le schéma d'un gradateur monophasé débitant sur une charge résistive pure. Les

thyristors sont amorcés avec un retard angulaire ao = to =

2 par rapport aux passages à 0 de la

tension v(t). On donne V = 230volts et R = 10 ohms.

a.1) Donner en les justifiant, les intervalles de conduction des deux thyristors et le

chronogramme de l'intensité i(t) du courant dans la résistance r.

a.2) Pour la valeur particulière 0=/2 exprimer simplement la puissance active moyenne P fournie

par le réseau en fonction de V et R. Application numérique.

a.3) En déduire les valeurs efficaces I de i(t) et Vc de vc (t).

b) commande par train d’ondes

Le signal de commande des thyristors est un cycle de période TC comportant un nombre entier p

de périodes T du réseau. Les thyristors reçoivent des impulsions en permanence pendant n périodes du

réseau. Puis les impulsions cessent pendant les p-n périodes restantes. Les thyristors sont considérés

comme parfaits.

T2

i(t)

T1 vc(t) r v(t)

Figure n°1

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4 Gradateurs

On donne l’allure de l’intensité du courant i(t) dans la charge r.

b.1) Représenter sur l’axe des temps t les périodes T et TC. - Indiquer les intervalles de temps qui correspondent aux n périodes T et aux

p-n périodes T caractérisant le cycle de commande des thyristors.

- Préciser les intervalles de conductions des thyristors T1 et T2. Exprimer la période

Tc en fonction de la période T et p.

b.2) Donner l’expression du rapport cyclique α de la commande en fonction de n et p. On rappelle que le rapport cyclique est le rapport de la durée de conduction du gradateur par la durée d’un cycle de commande. b.3) Connaissant l’allure de i(t), représenter l’allure de la tension vc(t) aux bornes de la charge. Justifier la démarche suivie et préciser la valeur numérique de l’amplitude de cette tension. b.4) Rappeler la définition de la puissance active P absorbée par la charge r en l’exprimant en fonction des grandeurs électriques notées sur la figure n°1.

b.5) La valeur efficace Vc de la tension vc(t) s’exprime par .VVc où V est la valeur efficace

de la tension v(t). Montrer que la puissance P peut alors s’écrire : r

αVP

2

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II) Gradateur monophasé sur charge résistive (lampe) On étudie le montage suivant, intégré dans une maquette :

MAQUETTE

Ou

Ou

L

230 V

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• Relever l’allure de la tension aux bornes de la lampe (avec une sonde différentielle) pour un réglage médian de la commande. Commenter l’allure de cette courbe, observée pour plusieurs réglages du potentiomètre.

• Le potentiomètre ou la tension 0-10V commande le réglage du retard à l’amorçage . Que peut-on dire de l’action de ce montage sur la tension aux bornes de la charge en fonction de

• Relever la valeur efficace de la tension aux bornes de la charge en fonction de la tension de

commande et de .

Modéliser les courbes et commenter.(valeur théorique de 𝑃 =𝑉2

𝑅(1 −

𝛼

𝜋+

sin(2𝛼)

2𝜋))

III) Gradateur monophasé sur charge R L

On remplace maintenant la lampe par une charge RL : R = 120 (avec résistance bobinage) et

inductance minimum (0,15H). Relever courant et tension dans la charge et expliquer leur allure.

IV) Simulation de gradateur triphasé

On utilise PSIM et le fichier gradat.tri

G1

G2

G3

A

V

A

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Relever les paramètres de commutation de chaque « gating block » G1, G2 et G3.

A partir de G1 : les valeurs du fichier correspondent à quelle valeur de ?

Comment sont définies les valeurs de G2 et G3 par rapport à celle de G1 ?

Relever le courant dans la phase 1 et la tension simple v1 aux bornes de la charge.

Relever le taux de distorsion harmonique de i1 et v1.

Visualiser i1 et iN (courant dans le neutre). La valeur efficace de iN est-elle nulle ? Cela pose t il un

problème ? Quelle est la fréquence de iN ? Commenter cette valeur.

Prendre a = 60°. Relever les nouvelles allures de i1 et v1. Commenter .