CEA Conversion statique d’énergie TP CEA-5.2 Hacheur 4 quadrants TP CEA-5.2 Cordeuse de raquette Hacheur 4 quadrants Moyens : La cordeuse de raquette SP55 Prérequis : le cours sur la conversion statique d’énegrie Groupes : binôme Durée : 1h30 Problème technique : Dans le cadre d’un renouvellement de gamme, vous cherchez à améliorer le service rendu par la cordeuse, en particulier la précision de la tension de la corde. Vous décidez de réévaluer la fonction Distribuer de la chaîne d’énergie pour identifier les paramètres déterminants. L'étudiant doit : Identifier les régimes de fonctionnement mécanique de l'actionneur (quadrants) ; Identifier les convertisseurs et les paramètres de commande liés à la conversion d'énergie et à la variation de vitesse ; Analyser le fonctionnement d'un convertisseur (formes d'ondes des tensions et courant) ; Justifier le choix des semi-conducteurs utilisés en s'appuyant sur les caractéristiques principales issues de documents techniques. Lycée Jules Ferry Page 1 sur 6 TSI2 CEA Conversion statique d’énergie TP CEA-5.2 Hacheur 4 quadrants 1- Identification matérielle et analyse fonctionnelle : 1-1 Observation du fonctionnement : Capteur d’effort (T) Potentiomètre linéaire (λ) Potentiomètre rotatif (φ) C µ λ Moto-réducteur φ θ R P (U, I) Bâti A partir du dossier technique de la cordeuse fournie dans le dossier "classe" ainsi que le diagramme de définition de bloc : Q1 Quelles mesures allez-vous exploiter pour étudier le comportement du convertisseur statique de puissance et notamment déterminer les quadrants de fonctionnement,? Q2 Placer la corde dans le mors de tirage, fixer une consigne de tension de 25 Kg et faire un essai. En quel régime de fonctionnement (moteur / génératrice) travaille a priori la MCC ? Quelles sont les réversibilités nécessaires de la source et de la charge ? 1-2 Architecture du système : chaîne d’énergie : Q3 Compléter les éléments de la chaîne d'énergie : 2- Analyse de l’interface de puissance : Stratégies de commande : Lycée Jules Ferry Page 2 sur 6 TSI2 CEA Conversion statique d’énergie TP CEA-5.2 Hacheur 4 quadrants L'objectif de cette partie est de comparer les stratégies de commande unipolaire / bipolaire d'un hacheur 4 quadrants, à partir de l'étude du schéma du convertisseur statique de la cordeuse. 2-1 Analyse du schéma de l’interface de puissance : Le dossier technique fait apparaître le schéma figurant ci-dessous. Q4 Entourer les composants réalisant les fonctions Communiquer et Distribuer. Quel nom porte la structure assurant la fonction Distribuer ? Q5 Mettre en relation le comportement observé lors de l'essai précédent et les possibilités du pont en H en complétant le tableau : Quadrant 1 Quadrant 2 Quadrant 3 Quadrant 4 Vitesse variable Comportement observé de la MCC Possibilités du pont en H K1 K3 U i K2 K4 Q6 Que la commande à vitesse variable nécessite une phase de roue libre (u = 0 ; commande unipolaire) ou une phase de récupération (u = -V ; commande bipolaire), le convertisseur convient-il ? Justifier. Q7 Que faudrait-il modifier pour pouvoir effectuer ces stratégies de commande. Lycée Jules Ferry Page 3 sur 6 TSI2 CEA Conversion statique d’énergie TP CEA-5.2 Hacheur 4 quadrants 2-2 Les stratégies de commande du hacheur : On envisage 2 possibilités de commande des transistors K1 à K4 : Q8 Pour chaque mode de commande : Tracer l'allure de la tension u(t) aux bornes du moteur, sachant que l'alimentation est V. Q9 En déduire l'expression de la valeur moyenne <u> de la tension u(t). Q10 Tracer le trajet du courant dans chaque situation, en tenant compte qu'il n'y a qu'un fonctionnement moteur : Q11 Bien que ce ne soit pas utile pour la cordeuse, le fonctionnement de la MCC en génératrice est-il possible avec les 2 commandes ? Par où passerait le courant dans les situations suivantes : MARCHE AVANT MARCHE ARRIERE MARCHE AVANT MARCHE ARRIERE Q12 Quelle est l'excursion de α pour obtenir les 2 sens de rotation ? Tracer Ω(α) dans le cas bipolaire : Lycée Jules Ferry Page 4 sur 6 TSI2 CEA Conversion statique d’énergie TP CEA-5.2 Hacheur 4 quadrants 3- Observation expérimentale des signaux u et i de la MCC : L'objectif de cette partie est de visualiser les signaux tension / courant de la MCC, et d'en conclure les quadrants de fonctionnement et la validité de la stratégie de commande pour la variation de vitesse. Q13 Proposer un protocole de mesure qui vous permette d’identifier la stratégie de commande choisie par le constructeur. Comment peut-on mesurer la tension moyenne <u>, afin de valider l'expression théorique <U> = ±αV Installer les appareils de mesure en tenant compte de la connexion du moteur par rapport au bornier disponible : Visualisation des signaux u(t) et i(t) Q14 Faire les essais dans les 2 sens de fonctionnement du chariot. Les signaux sont-ils conformes à ce que vous attendiez ? On voit que le courant revient à 0 avant la fin d'une période. On est alors en conduction discontinue, et le réglage de la vitesse ne se fait plus par le rapport cyclique de la tension. Q15 Donner 2 moyens de résoudre ce problème. Réglage de la vitesse Q16 Démontrer que pour une MCC dont la résistance d'induit est négligeable, et en régime permanent et périodique, la vitesse est directement proportionnelle à la tension moyenne <u>. Relever la fréquence de commande du hacheur. 4- SYNTHESE : INTERPRETATION DES MESURES ET CONCLUSION : Q17 Quelles sont les conséquences possibles d’une forte ondulation de courant sur un système ? La situation est-elle envisageable ici ? (comparer les dynamiques électrique et mécanique de la cordeuse). Q18 Réponse au problème technique initial : la fonction Distribuer a-t-elle un impact sur la précision de la tension de la corde ? Lycée Jules Ferry Page 5 sur 6 TSI2 CEA Conversion statique d’énergie Lycée Jules Ferry TP CEA-5.2 Diagramme de définition de bloc : Cordeuse Page 6 sur 6 Hacheur 4 quadrants TSI2
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